Réglage des alternateurs associés en dérivation

Lorsque le circuit extérieur comprend des lampes qui peuvent souffrir d'une variation même momentanée de la différence de potentiel efficace, il est nécessaire, avant de relier deux alternateurs en dérivation, d'amener au préalable leurs forces électromotrices en opposition, tout au moins d'une manière approchée. On emploiera, par exemple, la disposition indiquée dans la fig. 245 et appropriée au cas où les machines produisent des courants de haute tension.

Fig. 245^

La machine M4 est supposée en communication avec les conducteurs extérieurs E, grâce aux clefs de circuit I^. Une dérivation prise sur les bornes de celte machine communique avec un premier circuit C4 d'une bobine d'induction à noyau de fer. L'alternateur Mj, destiné à fonctionner en quantité avec le précédent, communique avec un second circuit Cj, identique à C4 , et enroulé sur le même

FORMES DIVERSES O^ALTERNATEURS. 58 1

noyau. Enfin , ce dernier porte un troisième enroulement C3 en série avec une lampe témoin L.

L'alternateur Mj, activé par un moteur indépendant, est mis en mouvement à la vitesse convenable. Aussi longtemps que les phases des deux machines sont en désaccord, la lampe subit des fluctuations périodiques comparables aux battements de deux diapasons non à Tunisson. La combinaison de deux sinusoïdes légèrement déplacées Tune par rapport à Taulre donne lieu, en effet, à une courbe résultante à période lente. La lampe s'éteint au moment où, les phases des deux machines étant opposées, les actions des deux circuits C^ et C^ se neutralisent et elle brûle d'un vif éclat lorsque ces actions s'ajoutent. Il convient de saisir l'instant de l'opposition des forces électromotrices pour relier la seconde machine au réseau à l'aide des clefs de circuits I3. Les machines continuent alors à fonctionner à Tallure voulue. Elles sont en opposition Tune par rapport à l'autre, mais en concordance par rapport au circuit extérieur.

Si l'on ne prenait pas ces précautions, les machines finiraient en général par s'accorder, mais, pendant ce réglage spontané, les lampes du circuit extérieur subiraient, comme la lampe-témoin, des oscillations très préjudiciables à leur conservation.

443. — Divergences entre les divers systèmes d'alternateurs. —

Tous les systèmes d'alternateurs ne paraissent pas également propres à fonctionner en parallèle et les raisons de ces divergences ne sont pas encore nettement définies.

M. Mordey a montré expérimentalement qu'il y a intérêt à réduire le plus possible la self-induction de l'induit (*). Il a fait, avec deux alternateurs semblables à celui décrit au § 427 et dont l'induit, dépourvu de fer, a une self-induction faible (o,o35 quadrant), une résistance de 2 ohms et une fréquence de 100, les curieuses expériences suivantes.

Les machines capables de fournir 40 kilowatts, sous une tension de 2 000 volts et à la vitesse de 65o révolutions par minute, furent

{*) Mordey. On alternate current workin^. Journal of the Institution of electriçal EnpneerSy 1889.

associées soudainement en quantité sur une résistance extérieure non-inductive. Elles prirent aussitôt une allure concordante. Les deux machines se mirent également au pas dans le cas où la résistance extérieure était infinie.

Un des alternateurs fut erjsuite excité de manière à donner 1 ooo volts, Tautre produisant 2 000 volts efficaces. Reliés en dérivation sur le circuit utile, ils entrèrent aussitôt en concordance, en déterminant une différence de potentiel efficace de i 5oo volts.

Au moment de l'association des machines, supposées en désaccord, on observe un courant très intense à travers les alternateurs, ce qui s'explique par le fait qu'une force électromotrice résultante considérable agit alors dans un circuit possédant une faible selfinduction.

Remarquons en passant que les armatures sans fer ont une selfinduction très variable, suivant la position des bobines induites. Lorsque celles-ci passent devant les pôles inducteurs, leurs circuits magnétiques sont fermés par les noyaux de ces pôles et la selfinduction est peu inférieure à celle d'un alternateur avec fer, eu égard à la petitesse de l'entrefer.

Cependant certains alternateurs à induits sans fer mobiles ne s'associent que difficilement. En observant que, dans l'alternateur Mordey et dans tous les alternateurs susceptibles d'association, les masses en mouvement sont considérables, il semble que l'inertie de ces masses joue un rôle dans le phénomène et que, dans les induits à noyaux mobiles, le fer fait fonction de volant pour corriger les écarts de synchronisme.

La pratique a démontré que le meilleur moyen de mouvoir les alternateurs destinés à être associés en dérivation est de donner à chacun de ceux-ci un moteur à vapeur indépendant. On peut aussi les activer par des courroies distinctes, partant d'un arbre de commande commun ; mais ce système présente moins d'élasticité, vu que la concordance ne s'obtient que grâce au glissement des courroies. La force élastique de la vapeur agissant dans les moteurs distincts qui entraînent les alternateurs permet au contraire aux efforts régulateurs, qui interviennent entre ceux-ci, d'amener rapidement la cadence désirée.

Il va sans dire que, si les alternateurs étaient réunis sur un même arbre par des embrayages rigides, ils fonctionneraient parfaitement

FORMES DIVERSES D^ALTERNATEORS. 583

^ la condition que les angles de calage se correspondissent ; mais ce système équivaudrait à employer un seul alternateur de grandes dimensions, puisqu'il ne permettrait pas de réunir ou de séparer les machines en pleine marche.

Les conclusions suivantes sont tirées d'un ensemble d'études publiées par MM. Blondcl (*), Boucherot (^), Mordey (^), sur les conditions propres à permettre le couplage des alternateurs.

Les parties mobiles des alternateurs doivent avoir un grand moment d'inertie.

La résistance intérieure et la self-induction des armatures doivent être aussi faibles que possible.

La résistance intérieure doit se rapprocher le plus possible de la

valeur -= Z qui est toujours plus forte, môme dans les induits sans

fer. Cette condition montre l'avantage de réduire la fréquence, au point de vue de la facilité de couplage, surtout dans les induits avec fer.

Le champ des inducteurs doit être -aussi intense que possible.

Le couplage est d'autant plus aisé que le rapport du courant normal au courant de court-circuit est plus faible. Ce rapport est 2,72 dans ralicrnateur Mordey et 5 dans raliernateur Labour.

Les inducteurs des alternateurs doivent être excités en série ou en dérivation sur une canalisation venant des dynamos excitatrices et la tension alternative est réglée par un mécanisme agissant sur la conduite commune.

Chaque alternateur doit être conduit par un moteur à vapeur indépendant qui ne doit pas être assez puissant pour que l'alternateur correspondant tombe hors de synchronisme à la suite d'une surcharge exagérée. Il faut que, dans ce cas, le moteur ralentisse pour revenir au synchronisme.

Les divers, moteurs doivent être dérivés sur une conduite de

{*) Couplage et synchronisation des alternateurs. Liim. élect. T. XLVL (^) Couplage des machines à courants alternatifs en parallèle. Ind. élect. 1893.

(3) Journal of the Inst. of Elect. Eng. 1893.

vapeur commune pourvue d'un régulateur unique. Si Ton mettait un régulateur à chaque moteur, on contrarierait le jeu des réactions des dynamos qui maintiennent le synchronisme. Il serait d'ailleurs difficile de régler synchroniquement les divers régulateurs. Il est aussi illogique de mettre un régulateur distinct aux moteurs attaquant des alternateurs en parallèle qu'à des moteurs attelés à un arbre commun. Le régulateur unique contrôlant la vapeur fournie à l'ensemble des machines peut être conduit par un moteur synchrone relié à la canalisation électrique. Afin d'éviter les vitesses excessives aux divers moteurs à vapeur, en cas d'accident, on peut adjoindre à chacun de ceux-ci un régulateur de sûreté qui n'entre en fonction que lorsque la vitesse dépasse une limite donnée.

Pour coupler un alternateur B à un alternateur A en service , on ouvre légèrement le modérateur du moteur B et on commence par exciter B au voltage du réseau. On ferme le synchroniseur de phases et l'on manœuvre le conjoncteur quand les dynamos sont en concordance de phases par rapport au circuit extérieur. On donne au moteur de B juste la vapeur nécessaire pour maintenir l'alternateur sous charge à la vitesse voulue, puis on accroît graduellement l'admission en tournant le modérateur jusqu'à ce que l'ampèremètre de B indique le même courant que celui de A. Pour arrêter un des alternateurs on diminue graduellement l'admission de vapeur de son moteur et l'on ne coupe le circuit que lorsque l'ampèremètre est revenu au zéro.

Nous aurons l'occasion de revenir sur quelques uns des points précédents avec plus de détails, à propos de l'étude des moteurs à courants alternatifs.

444. — Régularisation de la tension des alternateurs. Système Ganz et C«. — On peut avoir à résoudre avec les alternateurs les mêmes problèmes de régularisation que ceux examinés aux §§ 347 et 348 à l'occasion des machines continues ; c'est à dire que l'énergie électrique développée doit, dans certains cas, être fournie sous une différence de potentiel efficace constante ou sous une intensité efficace invariable.

Les solutions données à ces questions diffèrent suivant que les machines alternatives ont une auto-excitation ou une excitation indépendante.

FORMES DIVERSES D ALTERNATEURS.

MM. Ganz et C'« ont appliqué à Tauto-excitation des alternateurs un enroulement compound destiné à produire une différence de potentiel efficace constante. Dans la fig. 246, les deux transforma-

Fig. 246.

teurs T et T', dont les circuits primaires sont respectivement en série et en dérivation par rapport au circuit principal de l'alternateur, sont employés à produire le courant secondaire qui sert à l'excitation, après avoir été redressé par le commutateur de la machine.

Le transformateur en dérivation assure à Talternateur la force électromotrice désirée à circuit ouvert. A mesure que le courant extérieur augmente, la force électromotrice doit croître pour maintenir la tension efficace constante aux bornes. C'est là le rôle que remplit le transformateur en série, dont le circuit secondaire est en tension avec celui du premier transformateur.

445. — Cas d'une excitation indépendante. — Lorsque Talternateur est pourvu d'une excitation indépendante, on peut modifier celte dernière par un relais régulateur, de manière à obtenir soit une différence de potentiel constante, soit un courant invariable. Envisageons le premier cas. Pour que la tension reste constante, quel que soit le courant de Tinduit, il faut que le courant d'exci* tation croisse avec le courant utile et inversement. On peut arriver

facilement à ce résultat à Taide d'urr relais à mercure employé par divers inventeurs, par M. Blathy entr'autres.

Supposons qu'un courant dérivé sur les bornes de ralternatcur traverse un solénoïde dont le noyau, équilibré par un ressort, supporte une coupe à mercure. Dans celle-ci descendent des fils de longueurs différentes raccordés en divers points à une résistance artificielle intercalée dans le circuit d'excitation. Le mercure baignant les fils met en court-circuit une fraction d'autant plus grande de la résistance artificielle que la coupe est plus élevée. Lorsque la tension de l'alternateur augmente, le noyau descend dans le solénoïde et le nombre de fils baignés dans le mercure diminue, en sorte que le courant d'excitation et, par suite, la force électromoirice de l'alternateur décroissent.

Au lieu d'agir sur le courant fourni par la machine excitatrice, il est plus économique de modifier le courant des inducteurs de la dynamo continue, ce qui est facile, si cette dernière s'excite en dérivation, § 346.

446. — Emploi des bobines à réaction. — Dans le cas des courants alternatifs, on peut régler le débit, sans grande dépense d'énergie, par Tintroduciion de résistances inductives dans le circuit principal. Si, en effet on intercale dans le circuit utile un électro-aimant pourvu d'un coefficient de self-induction considérable, il s'y développe une force contre-électromotrice susceptible de réduire notablement le courant de circulation.

Afin d'obtenir un courant alternatif d'intensité efficace constante, un mécanisme régulateur est disposé de manière à entrer en jeu, lors des variations de l'intensité, pour modifier la position d'un noyau de fer dans un solénoïde allongé, inséré dans le circuit principal. Lorsque le>oyau|s'enfonce, la self induction du solénoïde augmente et le courant^de circulation est affaibli.

447. — Projet d'un alternateur. Calcul de la force électromotricej'du flux utile et de l'enroulement. — Pour calculer les alternateurs, il est intéressant de rapprocher l'expression de leur force électromotrice moyenne de l'expression de celle qui se produit dans une machine continue de môme type.

On sait qu'en désignant, dans ce dernier cas, par n le nombre

FORMES DIVERSES D* ALTERNATEURS. 5 87

de fils actifs comptés sur Tinduit, par <3t) le flux émanant d'un des pôles inducteurs et par N le nombre de révolutions par seconde, la force électromotrice moyenne est

€m. c. ^ W N zf^i C G. S.,

les spires étant généralement groupées en autant de circuits dérivés qu'il y a de pôles inducteurs. Dans une machine alternative où toutes les spires sont unies en tension, on devra, pour obtenir la

force électromotrice moyenne, multiplier l'expression précédente

par le nombre de pôles inducteurs c et par - » s'il s'agit d'une

fonction sinusoïdale simple dutemps, § 182. En effet, nl^ ^ représente par exemple la force éleciromotrice maxima, fournie par

toutes les spires d'un demi-induit, bipolaire. Or, -Ne repré-

sente la fréquence ^ ' ^" ^lMx^ donc, s'il y a n spires en tension,

em. a. = -nNcX = = —

On remarquera que les courants moyens auront des expressions différentes dans les deux cas. En appelant r la résistance totale du fil de l'induit et R la résistance extérieure, on a, dans une machine continue enroulée en quantité,

Im. c. — ?

et dans une machine alternative enroulée en tension, si l'on suppose la self-induction négligeable,