partie du courant inducteur, et Ton conçoit, d'après ce que montre

la formule précédente, que Ton puisse ainsi augmenter la vitesse.

Pour appliquer la méthode à des variations plus étendues, on a parfois divisé le circuit inducteur en « galettes » en couplant celles-ci de façon convenable (fig. 283). Mais un tel procédé est beaucoup moins simple que le couplage par série-parallèle.

Pour arrêter, il suffit de couper le courant et d'appliquer les freins. Toutefois si l'on coupait brusquement le courant, il se produirait des extra-courants dangereux. Aussi devra-t-on diminuer progressivement l'intensité du courant circulant dans le moteur. On y arrive facilement à l'aide des résistances de démarrage, que Ton parcourt en sens inverse. Mais, alors que le démarrage nécessitait une insertion pas trop précipitée des résistances, on pourra, pour l'arrêt, passer très vite sur les rhéostats.

La marche arrière s'obtiendra en changeant le sens du courant soit dans les inducteurs, soit dans l'induit mais, de préférence

dans ce dernier, afin de ne pas affaiblir par trop le magnétisme rémanant des inducteurs.

Considérons un moteur-série, en marche normale. La ligne des balais mn se trouvera en arrière de la ligne neutre œi/9 par

rapport au sens du mouvement (fig. 284).

Si Ton change le sens du courant dans l'induit, le sens du mouvement va changer et la ligne des balais se placera suivant pq. Par conséquent, pour changer le sens de la marche on devra, en môme temps que Ton changera le sens du courant, déplacer les balais de l'angle . ' --2a1. Cette manœuvre ne serait pas bien com-

mode à effectuer. On a pu l'éviter en faisant en

Fig. 284. — Marche . , ,. , , , . ., . .

arriére. sorte que la ligne des balais coïncide exactement

avec la ligne neutre xy. Cela revient à dire que la réaction d'induit du moteur doit être très faible, ce que Ton obtient en prenant des champs inducteurs très puissants.

Appareils de manœuvre. — Pour pouvoir effectuer commodément ces diverses manœuvres on se sert du contrôleur, appareil qui devrait être plutôt appelé comhinateur ; mais on a adopté le premier mot, qui rappelle celui de « conlroller » nom sous lequel l'appareil est universellement désigné en Amérique (lig. 285).

En somme le contrôleur n'est qu'une sorte d'interrupteur à touches multiples, permettant d'envoyer successivement le courant dans les circuits qui doivent être combinés pour le démarrage de la manœuvre des moteurs. C'est un grand cylindre vertical, logé dans une boîte, et se prolongeant au-dessus de la boite pour venir s'encastrer dans la tête d'une manivelle. Toutes les manœuvres s'effectuent pour une rotation complète de la manivelle, et des points de repère, marqués sur le couvercle supé-

1 Si on les faisait seulement tourner de l'angle -« ils seraient pris à rebroussepoils.

rieur de la boîte, en regard de la manivelle, correspondent aux diverses combinaisons que le couplage série-parallèle permet de réaliser.

Les contacts successifs que le contrôleur effectue donnent lieu,

surtout s'ils sont faits avec mollesse, à des étincelles qui peuvent prendre une grande importance, étant donnée l'intensité qui passe alors par les contacts. Aussi dispose-t-on souvent, en regard de chaque contact, un appareil de sou Mage magnétique, qui n'est antre qu'une bobine créant, au moment de la rupture, un champ magnétique, qui agit sur l'étincelle et l'empêche de se maintenir.

Un contrôleur est, en réalité, un appareil compliqué et, en raison du grand nombre de ruptures de courant qu'il doit elfcctuer, il est soumis à un service très dur. Il doit donc être extrêmement Lien conditionné. Les conslrucleurs ont apporté à sa

Fig. 286. — Conlrùleur Thomson Houston pour deux séries de deui moteurs.

fabrication des perfectionnements incessants et aujourd'hui il en existe d'excellents. Mais l'appareil n'en nécessitera pas moin» une surveillance assidue, constituant, dans l'équipement électrique d'une voiture, la partie la plus fragile et la plus sujette aux détériorations.

Le contrôleur, indépendamment de sa grande manette de manœuvre, en possède une autre qui correspond à l'inversion de courant nécessaire pour obtenir la marche arrière de la voiture.

MOTEURS ELECTRIQUES POUR CHEMINS DE FER 3-21 Celte manette auxiliaire ne peut toutefois Mrc manœuvra qu'autant que la grande manette a été ramenée au zéro.

Enfin, dans l'intérieur du contrôleur, un dispositif permet d'isoler l'un quelconque des moteurs, ce qui donne la possibilité de marcher avec un seul moteur, en cas d'avarie survenue à l'autre.

Le cas le plus général que l'on rencontre pour la traction des chemins de fer est celui d'un contrôleur actionnant deux moteurs. Mais on peut, avec l'appareil, commander des équipements à quatre moteurs, ces derniers intervenant par groupes de deux (Bg. 286).

Les résistances sont constituées par des rubans ou des plaques de tôle que sépare une matière isolante et incombustible (amiante) (fig. 287) . Ces appareils atteignent facilement une température de 150 à 200 degrés. On ne peut donc pas les installer en un point quelconque de la voiture et généralement on les monte sous le plancher, disposition qui facilite le refroidissement. Mais, comme ces résistances posent de 1 à 800 kilogrammes, on ne pourra pas toujours les placer commodément et l'on devra s'en préoccuper quand on aura à établir les projets du matériel roulant.

La température élevée à laquelle peuvent être momentanément portées les résistances, doit appeler l'attenlion sur toutes les jonctions que l'on peut avoir à effectuer soit de bobine à bobine, soit entre les résistances et les conducteurs. On devra, notamment, éviter les soudures qui risqueraient de fondre sous l'action d'une surélévation de la température.

Moteurs à courant continu avec excitation en dérivation- — Ces

moteurs sont très peu employés pour la traction des chemins de fer. Ce n'est pas qu'ils ne présentent quelques-unes des qualités primordiales des moteurs-série. En particulier ils jouissent de cette propriété de développer, au démarrage, un couple maximum. Mais ils sont d'une construction plus compliquée, comportant des inducteurs avec des enroulements en fil fin, de très grande longueur et d un isolement par conséquent assez difficile. En

revanche ils sont tout à fait aptes à la récupération, qualité précieuse pour un chemin de fer à profil accidenté (Ouest- Lyonnais). On a pu aussi les appliquer avantageusement à la traction par accumulateurs, en se servant de la récupération pour recharger les accumulateurs en cours de route.

On peut analyser très rapidement Jes propriétés fondamentales des moteurs en dérivation, en partant des formules élémentaires indiquées plus haut.

Soit toujours E la différence de potentiel aux bornes (de 5 à 700 volts). Le courant I arrivant de la ligne, se divise en deux l'un i' traversant les inducteurs et l'autre ii9 traversant l'induit

(fig. 288). Si rt est la résistance des inducteurs on aura il = -y- Comme il s'agit d'une distribution à potentiel constant, E est constant, donc it sera constant et il en sera de même du flux o produit par le courant /„ en circulant dans les fils inducteurs. Soit r2 la résistance de l'induit et e sa force contre-électromotrice. On aura :

Fig. 288. — Schéma d'alimentation d'un moteur excité en dérivation.

et e = K n ©

D'où

Comme, pour un régime normal, it r2 est faible vis-à-vis de E, on aura sensiblement n = —. — : autrement dit n sera constant.

ko '

Ainsi donc le moteur, si E reste constant, ce qui est l'hypothèse admise, conservera toujours la même vitesse. Par conséquent les rampes seront parcourues par le moteur à la même allure que les paliers. Un tel avantage n'est certainement pas à dédaigner, car il facilite la besogne du mécanicien qui n'a pas à s'occuper du réglage de la vitesse. Mais on conçoit qu'un tel résultat ne puisse être obtenu sans un appel de courant très considérable, courant qui s'établit parce que les moteurs ayant tendance à ralentir, e

diminue et par suite i„ qui est égal à — : — , augmente.

Inversement, si le train descend une pente, e tend à augmenter et à dépasser E ; à ce moment i.À devient négatif, c'est-à-dire que le moteur devient générateur et envoie le courant qu'il produit dans la ligne. Ainsi s'explique le phénomène de récupération auquel nous avons fait allusion plus haut '.

Pour démontrer que le couple C est maximum au démarrage, il suffit de remarquer que l'on a :

et, K n o i, K ©

2 iz n 2rtt 2 tt

c'est-à-dire que le couple est proportionnel à t\; et comme, au démarrage, ix est maximum, il en est de même de C.

Enfin l'expression approchée n = -r— montre que l'on pourra faire varier la vitesse soit en faisant varier la différence de potentiel aux bornes de l'induit, ce que Ton obtiendra en insérant des résistances sur le circuit de l'induit, soit en diminuant », résultat qui sera atteint facilement par l'insertion de résistances sur le circuit des inducteurs.

Les résistances d'induit seront également nécessaires pour le

1 Ce phénomène se produirait également si le moteur était à excitation indépendante, ou était muni d'une excitation pouvant devenir indépendante au moment où la récupération est possible.

démarrage, car la résistance ohmique de l'induit est très faible et comme, à ce moment, la force contre-éiectromotrice est nulle, il se produirait, sans les résistances, un afflux de courant exagéré. Ces résistances devront être telles qu'elles limitent l'intensité à trois ou quatre fois seulement la valeur qu'elle atteint pendant la marche normale.

Moteurs à courants alternatifs monophasés. — Les moteurs à courants alternatifs monophasés les plus répandus dans l'industrie sont des moteurs synchrones. Nous en avons déjà expliqué le principe. Ce sont, en somme, des dynamos à courant alternatif fonctionnant comme moteurs, en vertu du principe delà réversibilité. Si on suppose deux alternateurs identiques, l'un fournissant du courant alternatif de tension et de période données et l'autre recevant ce courant il pourra, si on « l'accroche » avec le premier, c'est-à-dire si on lui donne artificiellement une vitesse le mettant en synchronisme avec le premier, fonctionner comme moteur et supporter môme des surcharges de 40 à 50 p. 100.

Mais on conçoit que la manœuvre première à accomplir, c'està-dire la mise en synchronisme, soit incompatible avec les exigences d'un service de traction. C'est une difficulté devant laquelle on a jusqu'ici reculé et si le moteur synchrone a été proposé, c'est de préférence pour actionner sur la locomotive une génératrice à courant continu, envoyant à son tour du courant dans les moteurs. Cette disposition, spécialement étudiée par les ateliers d'UErlikon, permet d'abord l'utilisation directe de courants monophasés. Et ensuite elle se concilie très bien avec la méthode de réglage de la vitesse des moteurs par variation du champ magnétique, ce que Ton obtient dans ce cas facilement et économiquement, en agissant sur l'excitation de la génératrice.

On voit que l'on est ramené, par ce système, au cas déjà étudié des moteurs à courant continu.

Il n'est pas impossible, cependant, d'appliquer les moteurs synchrones à la traction des chemins de fer, mais en les transformant pendant la période du démarrage en moteurs asynchrones en alimentant, par exemple, à ce moment, le stator par deux circuits ; tous les deux traversés par le courant monophasé, mais le deuxième présentant une self-induction qui produit un décalage de phase. On rentre alors dans la catégorie des moteurs asynchrones à courants polyphasés (ou à champs tournants), moteurs qui, ainsi que nous le verrons plus loin, peuvent démarrer d'euxmêmes sous charge.

Mais une telle méthode n'est pas sans inconvénients au point de vue de la résistance apparente qu'elle crée sur le réseau et les inventeurs ont préféré combiner des moteurs se rapprochant des moteurs-série, dont les avantages, au point de vue de la traction des chemins de fer, sont aujourd'hui. si solidement établis.

Considérons un moteur, à courant continu en série avec excitation. Si on abaisse la tension du courant qui l'alimente, il fonctionnera toujours comme moteur-série, le sens du courant restant le même dans les inducteurs et dans l'induit. Changeons le sens du courant, c'est-à-dire donnons-lui une tension négative, le sens du courant va changer à la fois dans les inducteurs et dans l'induit et les actions réciproques resteront par conséquent les mêmes. Donc, si on alimente un moteur-série à courant continu par un courant alternatif, il fonctionnera comme un moteur à couple variable (puisque le couple est proportionnel à l'intensité) et il s'établira un couple moyen permettant d'actionner les roues d'une locomotive ou d'une automotrice tout aussi bien que s'il s'agissait d'un moteur à courant continu.

Mais un tel moteur devra être construit d'une façon spéciale, afin d'éviter les échauffements que produiraient les courants, alternatifs dans les masses métalliques de l'induit et des inducteurs. Non seulement le corps de l'induit devra être constitué par des feuilles de tôle disposées perpendiculairement aux courants

de Foucault qui pourront se produire, mais il devra en être de môme de l'inducteur. Et ainsi arrive-t-on au type de moteur dit à inducteurs feuilletés, type qui, d'après les essais effectués par la Cle Westinghouse, sur le chemin de fer Washington-Baiti-

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puissance fp

Fig. 289. — Moteur à. courant alternatif simple (système Westinghouse).

morc-Annapolis, convient parfaitement pour le cas du courant alternatif monophasé.

Nous donnons, figure 289, la caractéristique d'un tel moteur. On voit qu'elle se rapproche beaucoup de celles qui ont été données précédemment pour des moteurs à courant continu. Si E -et I sont respectivement la tension efficace et l'intensité efficace du courant alternatif alimentant le moteur, la puissance élec-

trique sera non pas El, mais El X cos cp, cos » étant le facteur de puissance. La courbe montre que ce facteur se tient aux environs de 90 p. 100, ce qui est très satisfaisant.

Un tel moteur se manœuvre avec autant de facilité, sinon plus, qu'un moteur à courant continu. En effet, rabaissement de la tension aux bornes que Ton obtient, pour un moteur à courant continu, par l'intercalation de résistances sur le circuit d'alimentation peut, avec du courant alternatif, s'obtenir par des transformateurs statiques, dont les rendements atteignent facilement 94 à 95 p. 100, alors que la totalité de l'énergie absorbée dans des résistances est perdue pour la traction.

Voici comment l'on opère sur la ligne d'Annapolis. Les voitures motrices sont à quatre moteurs de 100 chevaux et 220 volts, montés par deux en série. Le courant alternatif est fourni par une ligne aérienne à la tension de 1 000 volts, mais il est abaissé dans les voitures, par un auto-transformateur, à la tension de 315 volts. Ce courant à 315 volts passe à son tour dans le secondaire d'un autre transformateur qui peut ajouter ou retrancher de 0 à 100 volts. On aura donc la possibilité d'appliquer aux bornes des moteurs de 200 à 415 volts, ce qui suffit largement pour les diverses manœuvres que l'on a à effectuer.

Le transformateur à tension variable n'est autre qu'un transformateur statique dans lequel les bobines secondaires peuvent être placées plus ou moins obliquement par rapport à la direction du flux produit par les bobines primaires. La force électromotrice, maxima quand les bobines secondaires sont perpendiculaires aux flux, diminuera avec le plus ou .moins d'inclinaison des bobines sur la direction du flux. Elle sera d'autre part positive (de 0 à +100 volts) dans un secteur de 90° et négative (de 0 à — 100 volts) dans le secteur inférieur de même amplitude. En sorte que toutes les variations voulues de voltage (de — 100 volts à + 100 volts) s'obtiendront par une simple rotation des bobines de 180 degrés.

Il est à remarquer que la méthode ci-dessus ne convient pas seulement au cas d'une distribution à 1000 volts. Elle pourrait tout aussi bien être appliquée à une distribution à tension plus élevée, notamment h une distribution à 10 000 volts, tension que les expériences de Zossen ont montrée comme pouvant être distribuée d'une façon suffisamment pratique, le long d'une voie de chemin de fer.

Moteurs à courants alternatifs polyphasés. — Les moteurs à courants alternatifs polyphasés peuvent être ou synchrones (et, dans ce cas, ils se comportent comme des moteurs à courants alternatifs monophasés) ou asynchrones constituant alors une classe particulièrement remarquable de moteurs, pouvant démarrer sous charge et offrant des avantages spéciaux au point de vue du maintien de la vitesse et de la récupération de l'énergie.

Dans ces derniers moteurs on utilise cette propriété des champs magnétiques polyphasés de pouvoir produire, par leur combinaison, un ou plusieurs champs magnétiques tournants.

Les moteurs asynchrones pour traction se composent d un rotor et d'un stator, tous les deux concentriques et constitués par des feuilles de tôle empilées perpendiculairement à Taxe. A la périphérie du rotor, et dans des encoches taillées dans les feuilles de tôle, suivant des génératrices du cylindre, sont logés des conducteurs de cuivre isolés. La surface intérieure du stator porte également des encoches munies de barres isolées (ou de fils) et c'est dans ces barres que Ton amène les courants polyphasés de la ligne. Ces courants produisent des champs tournants et ceux-ci, en se déplaçant autour du stator, développent dans les barres de ce dernier des courants induits qui, par réaction, font tourner le rotor,

La création de champs tournants s'explique facilement par la figure 290, qui représente l'enroulement du stator développé. Supposons que les barres soient parcourues par des courants différant d'un 12e de période. Dès lors, à un moment donné, l'inten-

site passant par les barres, correspondra pour chacune d'elles aux ordonnées de la sinusoïde mnoq, représentant le courant alternatif élémentaire. Pour cette position les barres 7 et 12 seront traversées par des courants de môme intensité, mais de sens inverse, en sorte qu'elles sont assimilables à une bobine, elles vont donc créer un pôle magnétique P., dont les lignes de force se rejoindront par les pôles voisins, mais de nom contraire P, et P3. Il en sera de même de 8 et H et de 9 et 10. A l'instant consi-

O O 9 7Q /$ 6 G> 9 6yo\o o o o o /o ~* ? *J\k/ 5 6 •; ô glty n tz i3 14 tfpiï

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Fig. 290. — Création des Champs tournants.

déré les barres formeront donc trois pôles P,, P2, P3 alternativement de sens contraire, avec lignes de force dirigées suivant les flèches.

Au bout d'un temps égal à 1/1 2e de période, on obtiendra une figure analogue, mais avec pôles décalés, vers la droite, d'un 12e de période, c'est-à-dire que, dans le cas de la figure, les axes des pôles passeront par les milieux de 4-5, 10-11, 16-17. Donc le champ magnétique va se déplacer vers la droite. Et si l'on suppose le stator, non plus développé, mais rétabli suivant un cylindre, on verra que le champ tournera le long de ce cylindre, créant, par conséquent, un champ magnétique tournant.

Le nombre de champs tournants dépendra du nombre des barres du rotor; il y aura autant de champs qu'il y aura de fois 12 barres dans l'enroulement du stator.

Nous avons dit que les champs tournants, en agissant sur les barres du rotor, y développaient des courants d'induction. Ces courants n'étant fournis au rotor par aucune source extérieure, Temploi d'un collecteur devient inutile. On a même combiné des petits moteurs à champs tournants dans lesquels le rotor est simplement constitué par un cylindre de fer. Mais la résistance intérieure de tels moteurs est considérable et dans les moteurs de traction on se sert toujours de barres ou de fils. Ces barres ou ces fils pourraient être simplement réunis par des couronnes, constituant alors ce que Ton appelle Y induit à cage d'écureuil. Mais comme on le verra plus loin, il est nécessaire, pour les différentes manœuvres que Ton a à effectuer avec des moteurs à courants polyphasés (démarrage, réglage de vitesse, etc.), de pouvoir insérer des résistances variables dans le rotor. Aussi divise-t-on celui-ci en circuits polyphasés, aboutissante des bagues montées sur l'arbre. Sur ces bagues frottent des balais reliant les enroulements aux résistances.

Tous les raisonnements sommaires faits ci-dessus s'appliqueraient également à des courants biphasés ou triphasés.

On voit, finalement, combien un moteur à courants polyphasés peut être constitué simplement. Il en découle une simplification très marquée de l'entretien. On doit cependant faire remarquer que de tels moteurs ne comportent qu'un entrefer très faible et qu'il faut, par suite, surveiller attentivement les paliers, afin d'éviter que le rotor ne vienne à toucher le stator.

Soit, dans un moteur à courants polyphasés, o>t la vitesse angulaire du champ tournant, w2 celle de l'induit (rotor). Prenons deux axes de coordonnées rectangulaires et portons d'une part en abscisses les différentes valeurs de w2 et en ordonnées celles du couple C. On obtiendra la courbe DMB, représentée par la figure 291, et qui coupe Taxe des x en un point B, tel que 06 = 0^.

Cette courbe montre que lorsque <o2 = w, le couple est nul, ce qui se conçoit d'ailleurs parfaitement puisqu'à ce moment,

inducteurs et induits tournent à la même vitesse et que par conséquent il n'y a pas de force électro-motrice développée dans l'induit. Puis, pour une diminution légère de wf, le couple croît rapidement; il passe ensuite par un maximum QM et atteint la valeur OD, au démarrage.

Cette dernière valeur est faible quand on la compare à un

Fig. 291. — Couple dans un moteur à champ tournant.

couple de moteur à courant continu; mais on peut l'augmenter notablement en intercalant des résistances dans le rotor, ce qui s'obtient aisément, comme on Ta dit plus haut, en divisant celuici en un certain nombre de circuits polyphasés aboutissant à des bagues montées sur l'arbre et correspondant aux résistances. C'est ainsi qu'avec une résistance supplémentaire on obtiendra la courbe ENB au lieu de DMB, avec un couple de démarrage de OE au lieu de OD.

On appelle glissement le rapport "' ~" — et l'on démontre d'autre part que le rendement d'un moteur polyphasé croît quand

le glissement diminue. Il y a par suite intérêt à faire travailler le moteur avec un glissement très faible, par exemple, avec celui correspondant à la région QMB de la courbe.

Un autre avantage sera que, dans cette région, pour des variations importantes du couple, le moteur conservera sensiblement sa vitesse, ce qui donnera une grande stabilité de régime et per-

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Courants en ampères Fig. 292. — Caractéristique d'un moteur triphasé à basse tension.

mettra au moteur de se régler de lui-même. On pourra donc monter des rampes prolongées à vitesse constante et sans que le conducteur ait à intervenir, ce qui est particulièrement commode pour des lignes de montagne.

Supposons, d'autre part, que, sous Faction d'une pente, la vitesse du moteur dépasse cor Aussitôt le couple deviendra négatif (ligne ponctuée au-dessous de Taxe des x) et le moteur deviendra générateur, envoyant alors du courant sur la ligne. Il y aura, à ce moment, récupération et le moteur se tiendra de lui-même aux environs du synchronisme. Il agira donc également comme

un frein en envoyant alors du courant, par la ligne, ù l'usine génératrice.

A ce point de vue, certaines précautions devront être prises,

Fig. 203. — Caractéristique des moteurs triphasés à 3000 volts du chemin de fer

de la Valteline.

afin que les machines de l'usine ne se trouvent pas subitement déchargées. Avec les turbines, notamment, un emballement serait à redouter.

Il convient de remarquer, également, que le moteur n'agira comme frein qu'autant qu'il communiquera avec la ligne. Or, en

cas de mauvais contact ou de déraillement du trolley, cette communication pourrait parfaitement se trouver brusquement interrompue. Il y aurait alors à craindre une accélération dangereuse de la voiture. C'est pour cette raison que, sur certaines lignes de montagne (Jungfrau), on a renoncé à envoyer le courant de récupération dans la ligne.

Pour pouvoir utiliser, cependant, le freinage électrique, on isole le moteur et on alimente son stator avec du courant continu engendré par une petite dynamo dont le mouvement est produit par celui môme de la voiture. Le rotor, tournant dans un champ magnétique fixe, devient générateur de courants triphasés et ceux-ci sont envoyés dans les résistances de démarrage. En faisant varier l'intensité du courant continu, on peut exercer telle action de freinage que Ton désire, même au-dessous de la vitesse du synchronisme, puisque le courant triphasé de la ligne n'a plus à intervenir.

Comme pour les moteurs à courant continu nous mettrons en évidence les propriétés principales des moteurs polyphasés en donnant quelques caractéristiques.

La figure 292 se rapporte à un moteur triphasé de 25 à 30 chevaux, alimenté par une ligne à basse tension (220 volts polygonaux), les abscisses représentant le courant dans Tune des trois branches de l'inducteur1.

Dans la figure 293 nous avons représenté les courbes caractéristiques des moteurs de 300 chevaux à 3 000 volts du chemin de fer de la Valteline, en prenant cette fois, comme abscisses, les ampères produits dans le rotor. On voit que, dans toute la région où la puissance se tient aux environs de la normale, le facteur de puissance est très élevé. Dans les mômes parages la vitesse varie également très peu.

Manœuvre des moteurs à courants polyphasés. — Ces moteurs

* Blondel et Dubois. La traction électrique sur voies ferrées.

se manœuvrent aussi facilement que des moteurs à courants continus.

Il est à remarquer, en outre, que, même quand on alimente directement les moteurs par de hautes tensions, on a la possibilité, en agissant seulement sur le rotor, de n'avoir à manœuvrer que des appareils ou des conducteurs parcourus par des courants à basse tension. C'est ainsi que, sur le chemin de fer de la Valteline, le rotor n'est parcouru que par des courants à 300 volts, au maximum, alors que le stator est alimenté à 3 000 volts. Sur le chemin de fer de Zossen (moteurs à 10 000 volts) la tension dans le rotor atteint, au plus, 700 volts.

Voyons d'abord la question du démarrage. En mettant des résistances en circuit avec le rotor on augmentera le couple de démarrage et on se rapprochera, par conséquent, des conditions de démarrage des moteurs à courant continu. C'est ainsi que Ton opère sur le chemin de fer de Thoune à Burgdorf.

Quand le courantes! utilisé après transformation sur la voiture, on peut employer des transformateurs permettant d'atteindre la tension normale en deux ou trois échelons et nous avons vu, en particulier, une application de ce système sur le chemin de fer d'Annapolis. De même on peut soit diminuer le nombre des pôles inducteurs, soit modifier la fréquence. Mais ces diverses manœuvres ne sont pas bien commodes à effectuer. Aussi, à part le démarrage par résistances, ne signalerons-nous, comme d'une application commode et d'ailleurs très intéressante, que le démarrage par couplage des moteurs en cascade. Ce couplage fonctionne sur la ligne de la Valteline. Il rappelle le couplage série-parallèle des moteurs-série, sur les avantages duquel nous avons précédemment insisté. Les moteurs ont, comme nous l'avons dit plus haut, une puissance de 300 chevaux et, au moment du démarrage, il se produit dans le rotor un courant à la tension de 300 volts. Le courant est envoyé dans le stator d'un second moteur en série lui-môme sur une résistance et qui sert jusqu'àce que la vitesse ait

atteint la moitié du synchronisme. Puis on le supprime du circuit et on relie le rotor du premier moteur à la résistance, comme dans le cas envisagé plus haut de la ligne de Thoune à Burgdorf.

Il y a ainsi quatre moteurs par voiture, deux servant d'une façon constante et les deux autres n'intervenant que pour les démarrages ou encore pour les arrêts, comme il va être expliqué plus loin.

Nous avons vu que les moteurs polyphasés ne pouvaient pas dépasser une certaine vitesse, correspondant au synchronisme. Si Ton veut ralentir, l'insertion de résistances sur le circuit-induit permettra d'obtenir facilement un tel résultat. Si Ton se reporte en effet à la figure 291 et à la courbe de couple BNE avec résistances, on verra que pour un couple donné SR, sans résistances, on aura une vitesse de rotation OR et qu'au môme couple UT avec résistances, correspondra une vitesse plus faible OT.

Pour obtenir l'arrêt on insérera sur le rotor les mêmes résistances, que pour le démarrage, mais en sens inverse, après quoi on interrompra le courant.

Avec le groupement en cascades on aura la possibilité de récupérer, pendant l'arrêt, une partie importante de l'énergie consommée pour le démarrage.

Cette propriété qui pourrait être mise à profit, avec une utilité sur laquelle il n'est pas besoin d'insister, pour une exploitation métropolitaine, tient à ce que, pendant le couplage en cascade, la vitesse du synchronisme est diminuée de moitié pour les moteurs et par conséquent, au-dessus du demi-synchronisme, il y a récupération.

On peut s'en rendre compte aisément de la façon suivante. Revenons aux voitures de la Valteline et considérons un moteur en marche normale. Son glissement n'est alors que de 4 à S p. 100. Or, pour un glissement nul (synchronisme), la tension du courant produit dans le rotor est nulle et pour un glissement de 100 p. 100 cette tension est de 300 volts, d'après ce quia été dit plus haut.

MOTEURS ÉLECTRIQUES POUR CHEMINS DE FER 337 Donc, avec un glissement de 5 p. 100, la tension dans le rotor

sera de 5 p. 100 de 301» volts = 15 volts el la fréquence sera

S p. 100 de celle du courant primaire. Envoyons le courant du rotor dans le stator du moteur en

cascade. Il produira un champ

tournant, mais la vitesse de

celui-ci ne sera que de 5 p. 100

de celle du champ tournant

produit par le stator du premier moteur. Or, par suite de

la vitesse de la voilure le rotor

va tourner à une vitesse bien

supérieure. Donc le moteur en

cascade fonctionneraau-dessus

du synchronisme et deviendra

générateur. Lecourant produit

se rendra dans le rotor du

premier moteur créant un

champ tournant inverse de

celui produit par le courant

d'alimentation et qui tendra à

diminuer la vitesse de synchronisme. 11 y aura équilibre, Fig. 29*. — Contrôleur pour moteur «

pour la moitié da synchro- S?"""111. 'riplTe! (€het,,in de fer de « * Tnoune a Burgitorti.

nisme, parce que, au-dessus,

les phénomènes ci-dessus auront tendance à se produire et audessous c'est le premier moteur qui agira pour accélérer la vitesse du second.

On voit donc bien que, lorsque les moteurs sont groupés en cascade, la vitesse du synchronisme est réduite de moitié et que. par conséquent, pour une vitesse supérieure, il y aura récupération de l'énergie.

Pour aller jusqu'à l'arrêt il suflira. dès que la vitesse du demi-

synchronisme aura été atteinte, de découpler le moteur en cascade et de brancher le premier moteur sur les résistances.

Pendant la marche, le couplage pourra être également avanta* geusement opéré, par exemple si Ton aborde une forte rampe. La vitesse baissera alors de 50 p. 100 et Ton ne fera qu'un appel de courant modéré à la station centrale.

Le même couplage permettra également, dans les pentes, de ralentir jusqu'à moitié vitesse environ, en récupérant encore de l'énergie, c'est-à-dire en faisant fonctionner les moteurs comme des freins.

Enfin il nous reste à examiner le changement dans le sens de la marche des moteurs polyphasés. Il est clair que si on change le sens du champ tournant, le résultat cherché sera obtenu. Il suffira pour cela, dans un moteur à courants triphasés, d'agir sur deux des phases.

Appareils de manœuvre. — Les appareils de manœuvre sont plus simples, pour un moteur polyphasé, que pour un moteur à courant continu, les combinaisons de courant et de résistances étant moins nombreuses. La figure 294 représente le contrôleur des voitures du chemin de fer de Thoune à Burgdof.

Ce contrôleur n'est, en somme, qu'un puissant interrupteur. Il comporte également une roue dentée, avec chaîne de transmission, permettant l'insertion graduelle des résistances, dans le circuit du rotor, au moment des démarrages (voy. p. 415).

Sur le chemin de fer de la Valteline on agit, comme on la dit plus haut, sur le rotor, qui a, au plus, 300 volts et les appareils de manœuvre sont, par suite, très simplifiés.

Les résistances pour le démarrage et le réglage de la vitesse sont constitués soit par des résistances métalliques, soit par des rhéostats liquides.

Le rhéostat liquide de la Valteline est particulièrement intéressant. Il y a trois rhéostats : un pour chacun des courants alter-

natifs simples constituant le courant triphasé. Dans chaque élément se trouvent quatre lames de fer plongeant plus ou moins dans une solution de bicarbonate de soude. Le courant arrivant par Tune des lames gagne les suivantes en traversant la solution. Au fur et à mesure que la hauteur de la solution augmente, la résistance diminue. On obtient très aisément cette ascension du liquide en exerçant sur le réservoir une pression, à l'aide de l'air comprimé dont on dispose pour le freinage et la manœuvre du trolley. De cette façon l'insertion des résistances se fait graduellement et Ton évite les à-coups inévitables qu'occasionnent les résistances métalliques.