DIVERS TYPES DE BOBINES D^INDUCTION

450. -^ But. — On comprend sous la dénomination de transformateurs des appareils susceptibles de modifier en sens inverses les deux facteurs de la puissance électrique, force électromotrice et courant, c'est à dire de transformer un courant de haute tension et de faible intensité en un courant intense de tension réduite, ou de résoudre le problème inverse.

Les accumulateurs et les condensateurs peuvent, par des groupements successifs en tension et en surface, répondre à un objectif analogue, mais dans ces cas la transformation n'est pas immédiate; elle exige deux opérations. On a appelé ces appareils des transformateurs à action différée, tandis que la solution que nous allons examiner implique une action instantanée. Cette solution repose sur remploi de la bobine d'induction découverte par Faraday et consistant en deux circuits disposés de manière à présenter un coefficient d'induction mutuelle considérable.

Examinons le cas de deux bobines enroulées sur un même noyau en fer. Si Ton envoie dans Tune d'elles un courant d'intensité

croissante , on développe dans le noyau un flux de force magnétique qui réagit sur la bobine voisine pour donner un courant induit de sens inverse au courant inducteur. Ces deux courants tendent à produire des flux magnétiques contraires dans le noyau, et, par suite, le flux résultant est moindre que si le circuit induit était ouvert ; ce qui revient à dire que Tinduction mutuelle entre les deux circuits affaiblit l'induction propre de chacun d'eux; car la self-induction des circuits est proportionnelle au flux que chacun d'eux, pris séparément y est suceptible de développer dans le noyau.

Le flux de force traversant le noyau et les deux circuits produit dans ceux-ci des forces électromotrices d'induction qui sont entr'elles comme les nombres de spires des bobines. Il en résulte qu'en exécutant les deux enroulements, on est libre de faire varier à volonté les forces électromotrices primaire et secondaire. On créera dans le circuit induit une tension forte ou faible suivant que la bobine secondaire contiendra un nombre considérable ou restreint de spires.

Lorsque le courant primaire arrive au régime permanent, l'action inductrice cesse. Pour entretenir celle-ci, on peut interrompre périodiquement le circuit primaire et rendre le courant inducteur intermittent ou employer un courant inducteur alternatif.

La puissance électrique dépensée dans le circuit inducteur se retrouve aux bornes du circuit secondaire, déduction faîte des pertes dues à l'effet Joule dans les bobines, ainsi qu'aux courants de Foucault et à Thystérésis dans le noyau. On verra que ces trois causes de pertes peuvent être réduites au point de ne produire qu'un déchet total de quelques centièmes de la puissance dépensée.

Dans ces conditions, le produit moyen de la différence de potentiel par le courant primaire n'est pas très différent du produit moyen des mêmes éléments du circuit secondaire. Par suite, le rapport des courants est, à peu de chose près, égal à l'inverse du rapport des différences de potentiel respectives.

On sait que l'induction mutuelle entre les deux bobines est proportionnelle à la variation du flux de force qui traverse le noyau en fer. Lorsque ce dernier est fermé sur lui-même, la résistance du circuit magnétique est considérablement réduite et, par suite, le flux

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paut, pour une même force magneiomotrice, acquérir une valeur bien plus grande que dans le cas d'un noyau ouvert. Aussi l'emploi des noyaus fermés est-il tout indiqué dans le cas des courants primaires alternatifs, lorsqu'on cherche à réduire au minimum les dimensions des transformateurs.

Ainsi qu'il sera démontre, le courant induit agit sur le noyau sensiblement en sens contraire du courant inducteur. D'autre part, ces deux courants sont, en marche normale, à peu près dans le rapport inverse des nombres de spires des bobines correspondantes, 11 s'ensuit que la force magnciomotricc résultante qui aimante te noyau a une valeur assez faible, d'où l'importance de réduire autant que possible la résistance du circuit magnétique.

Dans le cas des courants inducteurs intermittents, on a vu que le magnétisme rémanent d'un noyau fermé tend à réduire les variations du flux de force, lequel garde, lorsque le courant s'annule, une valeur considérable, § 170. On est donc forcé, dans ceiie éventualité, de conserver les noyaux ouverts, malgré la grande résistance de l'air interpose dans le circuit magnétique.

451. — Bobines d'inducdon à courants primaires intermittents. —

Les premières bobines d'induction avaient pour objectif principal l'obtention de courants de tension élevée, par la transformation de l'énergie fournie par les piles.

RuhmkorlTa donné son nom à un appareil approprié à ce but. La tig. 25 1 est un schéma de la bobine de ce constructeur.

Sur un noyau droit formé de tils de fer réunis vernis afin d'éviter les courants de Foucault, on 1

en faisceau et

nroule séparé-

ment deux bobines. La bobine primaire, posée la première sur le noyau, comprend une seule ou un nombre restreint de couches de gros fil. La bobine secondaire, qui entoure la précédente, porte un grand nombre de spires de fil fin Lorsque le circuit induit est le siège de forces électromotrices considérables, il faut avoir soin de séparer autant que possible les spires dont les potentiels sont très différents. Dans ce but, la bobine secondaire est cloisonnée, c'est à dire qu'elle est composée de bobines plates, réunies en série et séparées par des cloisons isolantes.

Il est possible de réduire lesécartements des spires à des potentiels inégaux, en plongeant la bobine dans un milieu résistant mieux que Tair aux décharges électriques. Ainsi on peut conserver la bobine dans Thuile, après avoir eu soin de purger les enveloppes de soie de l'humidité emprisonnée, par immersion dans Thuile ou la parafffine bouillantes.

Le circuit primaire est traversé par le courant d'une pile, rendu intermittent par un mécanisme trembleur comprenant une armature a, attirée par le noyau en fer n et qui rompt le circuit au moment où le flux magnétique a atteint une valeur déterminée. En appelant OFl le coefficient d'induction mutuelle des deux bobines, I l'intensité maxima du courant inducteur et r' la résistance totale du circuit secondaire, la quantité d'électricité induite dans ce dernier lors des périodes variables d'ouverture et de fermeture est, § i85,

Pour une valeur donnée de I , la force électromotrice secondaire et, par suite, l'intensité du courant secondaire varient en raison inverse de la durée de la période variable.

Comme la durée de la période variable de fermeture est supérieure à celle de la période variable d'ouverture, il s'ensuit que la tension est plus forte dans le circuit secondaire pendant la seconde période que pendant la première.

Au moment de la rupture du circuit primaire, il se produit au point d'interruption une étincelle qui prolonge le courant inducteur sous forme d'extra-courant direct. Cet effet- affaiblit le courant induit de rupture et peut détériorer l'interrupteur.

Pour réduire l'étincelle, Fizeau a eu l'idée d'interposer entre

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l'inicrrupieur et le contact un condensateur c qui absorbe la plus grande partie de l'énergie de l'extra-courani primaire, laquelle s'accumule dans le diélectrique grâce au travail de l'élasticité de ce dernier, § 95. Lors du rétablissement du circuit primaire, cette énergie est utilisée en partie ; elle ouvre la route au courant inducteur en produisant une légère étincelle de décharge au contact de l'interrupteur.

La capacité du condensateur doit être appropriée à la self induction du circuit primaire et à la rapidité du trembleur.

La quaiiiiié d'électricité que doit absorber le condensateur est peu différente de celle qui correspond à la capacité électromagnétique de la bobine primaire. En désignant par £ la self-induction de cette dernière, par R sa résistance et par e la différence de potentiel à ses bornes au moment de la rupture, la quantité d'électricité entraînée dans l'extra-courant est, en supposant le circuit secondaire ouvert et négligeant la résistance de la pile,

Or, comme l'a remarqué M. de Weydiich, on peut exprimer le coefficient de self-induction d'une bobine cylindrique en fonction de sa résistance par une formule simple. En désignant par L sa longueur, S sa section moyenne, D son diamètre moyen, n le nombre de spires , / la longueur du fil et p la résistance spécifique du cuivre, on a approximativement, pour une bobine allongée,

Cette formule montre qu'il suffit de connaître la longueur de la bobine, sa résistance et le diamètre du fil pour calculer le coefficient de self-induction. On remarquera que, dans une bobine de cuivre de longueur et de volume donnés, le coefficient de self-induciion ne dépend que du diamètre du fil. *■

En combinant (i) et (2) on obtient

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telle est la quantité d'électricité que le condensateur doit être susceptible d'absorber. Elle dépend , comme on le voit , de la tension primaire e au moment de l'interruption, laquelle est fonction de la rapidité du trcmbleur. La capacité du condensateur doit être voisine de

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En général, on cherche à diminuer la self-induction du circuit primaire en réduisant le nombre de spires inductrices et en employant une pile à grand débit ou un accumulateur.

En disposant un condensateur, tel qu'une bouteille de Leyde, en dérivation sur le secondaire de la bobine, on accroît le débit de cette dernière, attendu qu'on neutralise en partie l'effet de sa self-induction. Mais on réduit en même temps la différence de potentiel aux bornes secondaires, puisque la tension obtenue est le rapport de la quantité d'électricité emmagasinée par le condensateur à la capacité de celui-ci. La tension serait nulle si la capacité était infinie. Les étincelles fournies par une bobine ainsi complétée sont plus fortes et plus courtes que lorsque le condensateur secondaire est enlevé.

Dans les applications médicales de la bobine d'induction , on ne fait pas usage de condensateurs, mais on ajoute au tranformateur un graduateur destiné à faire varier la tension secondaire.

Dans ce but, la bobine induite peut être rendue mobile sur la bobine primaire et le noyau , de manière à soumettre un nombre de spires variable à l'action inductrice.

Une autre disposition consiste à glisser, entre le circuit primaire et le noyau, un tube de cuivre qui absorbe, sous forme de courants de Foucault, une partie de l'énergie électrique rayonnée par le système inducteur, § 202.

La fermeture du circuit inducteur donne une onde de courant secondaire, l'ouverture une seconde onde inverse. On voit que la fréquence des courants induits est double de celle des courants inducteurs, c'est à dire que les premiers vibrent à l'octave des seconds. En

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6o2 TRANSFORMATEURS A COURANTS ALTERNATIFS.

courant oscillant en variant la résistance du circuit de décharge, par exemple en modifiant la longueur de Tétincelle E. Dans ce but, on peut diriger sur Tétincelle le courant d'air d'une tuyère, de manière à la courber et à rallonger ou bien on peut Tinfléchir par un électro-aimant.

Par suite dès tensions considérables qui se produisent dans la bobine B soumise à des courants variant avec une rapidité excessive, on est obligé d'isoler les conducteurs qui la composent en les immergeant dans l'huile et en ayant soin d'expulser toute humidité par un chauffage préalable du bain.