WATTS-HEURE-METRES AVEC IIEURES-METRE

Tous les compteurs de cette classe comprennent en réalité deux appareils distincts : un Avatt-mètre servant à mesurer la puissance électrique absorbée à chaque instant par Tappareil d'utilisation et un heure-mètre intégrant cette puissance. Suivant que Tintégration est continue ou discontinue, il v a lieu de diviser les walls-heure-mètres en doux groupes :

Walts-heure-mètre à intégratioti continue ,

— — discontinue.

Nous décrirons l'appareil de M. Aron comme type du premier groupe cl celui de M. Brillé comme type du second.

Mesureur d'énergie de if. H, Aron. — Le principe si ingénieusement appliqué par M. Aron à son ampères-heure-mètre a été aussi utilisé à la construction d'un watts-heure-mètre représenté figure 26, en substituant à Taimant de l'ampères-heurc-mètre une bobine à fil fin montée en dérivation et suspendue horizontalement au pendule de droite, la bobine à gros fil montée en circuit étant horizontale, fixe et concentrique à la première. Le courant arrive à la bobine à fil fin montée en dérivation par la tige de suspension qui renferme les deux extrémités d*entrée et de sortie du fil de la bobine mobile.

Lorsque la dépense est nulle, les deux pendules battent synchroniquement. Lorsqu'il y a dépense dYniergie, les deux courants qui

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)Sh«,<^ffîi.»^.;u^^^^,^|,^j^j«£-^|^ggj^ couraots dans Krs '•^-^—-'^f^'f^^^^i^j^-^Use certainement le

^i^Sh^^^^^'A fl}|||'^^<'o™''>"'*'^i '''' puissancc-métrc j|li?H^il||iwBe de M. Abdaiik-Abakanowicz. Il i'tt'jSnârJI^S^SlStS'"^ omftnuiet comprend ea réalilé PUSPRr'l'^^MiSl'BlS^'^"'' dont les indications sunt à l;W' "fif M 'S'4'8 rB ' *§' B'^ puissance électrique consomméft ptt|ilMSaimfl'Ht|EbM*c)îé> et un intégrateur qui totalise

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solénoides concentriques traversés de mesurer ; eus solénoides sont

ces deux solénoides fiites se 'un fil IrÊs fin dont une des

^^"Ë'i^K*'"ll'ir^ ëlaclrique de U. Veraon-Bois.

'î^îilï!!!?!^''''"'''^ moitié en sens contrairo :

un contrepoids, est branché en

Ire lesquels on veut mesurer la

__ 'ersé par un courant dont l'inten-

^^^^l^nelle à la dilTérence de potentiel

is bobines fiies sont traversées par

Iriroitionnelle à l'intensité du courant.

,w -iïiÇS?'^^' ^^' "l""''' proportionnelle au l^ïggtîjd' inclinai son du levier auquel aoni

attachés le solénoïde à fil fin mobile et le contrepoids qui Féquilibre est proportionnelle à la puissance électrique dépensée à chaque instant entre ces deux points. Ce levier porte deux galets placés de chaque côté d'un cylindre intégrateur animé d'un mouvement alternatif d'avant en arrière et d'arrière en avant le long de son axe de rotation (ce mouvement alternatif et régulier de va-et-vient lui est imprimé par un mouvement d'horlogerie dont on peut apercevoir le barillet sur la gauche de la figure 27) ; il appuie alternativement sur l'un et l'autre galet, sur celui d'avant dans son mouvement de gauciie à droite et sur, celui d'arrière dans son mouvement de droite à gauche, dans le but de totaliser les actions.

Par suite de la position plus ou moins inclinée des galets, le mouvement dû cylindre intégrateur produit en même temps une rotation sur son axe d'autant plus grande que les galets sont plus éloignés de la position horizontale, c'est-à-dire que la puissance électrique dépensée dans le circuit est plus grande. 11 en résulte que le nombre de tours accomplis par le cylindre intégrateur sur son axe donne la mesure de l'énergie électrique dépensée dans un temps donné. 11 suffit d'utiliser la rotation du cylindre pour actionner une minuterie et de lire le nombre de tours effectués par le cylindre : on a alors, par une simple lecture, un chiffre qui, multiplié par un coefficient propre à chaque appareil, donne la mesure de l'énergie dépensée dans un temps donné.

Cet appareil ingénieux n'a pas reçu la sanction de la pratique, probablement à cause de la complication et de la délicatesse de son mécanisme.

Il nous reste à examiner les watts-heure-mètres à intégration dis-continue qui, par analogie avec les ampères-heure-métres, forment aussi deux groupes, suivant qu'ils servent à enregistrer des quantités égales d'énergie à intervalles de temps inégaux ou, au contraire, des quantités inégales à intervalles de temps égaux. Les appareils de M. Cauderay appartiennent au premier groupe, ceux de MM. Brillié et Jacquemier au second.

Compteur d'énergie électrique de M. Lucien Brillié, 1888. — Le principe du compteur d'énergie à intégration discontinue de M. Brillié consiste à venir, à intervalles de temps réguliers, recueillir l'indication d'un v^rattmètre approprié et à totaliser les indications ainsi obtenues, le fonctionnement entièrement automatique de l'appareil opérant la mise en marche du pendule» son entretien, la cueillette périodique des indications, l'avancement du totalisateur et le retour au repos entre deux manœuvres successives.

11 comprend cinq organes principaux :

i^ Un electrodynamomètre, évaluant la puissance El, dans Tappareil d*utilîsation à Tinstant de la mesure;

2^ Un électromoteur^ animant l'ensemble de Tappareil ;

o<» Un modérateur^ qui régularise les différents mouvements ;

4» Un mouvement d'horlogerie, déterminant Tintervalle de temps entre les commencements de deux mesures successives (trente-six secondes) ;

5*^ Un numéroteur ou totalisateur^ enregistrant la somme des produits El, à intervalles de temps périodiques sensiblement égaux.

Électrodynamomètre. — L'axe de la bobine mobile B (fig. 28) repose sur une pointe et un couteau de balance ; son petit déplacement,

Fig. 28. — Électrodynamomèlre.

juste suffisant pour interrompre le contact b b\ est limité par deux butées diamétralement opposées qui lui assurent une position rigoureusement la même à chaque mesure.

Cette bobine est enroulée d*un fil fin mis en série avec le fil de l'électromoteur ou formant un circuit dérivé spécial.

Les deux cadres du gros conducteur traversé par le courant principal 1, J, peuvent être mis en série ou en dérivation, suivant Tintensité du courant à mesurer.

Électromoieur, — L'électromoteur est formé par un éleclro-aimant E agissant simultanément sur 3 armatures (fig. 29) : 4^ la culasse G^, qui a un petit déplacement utilisé pour le remontage périodique de l'horloge; 2<» V armature principale G, mobile entre des pièces polaires courbes (arcs de cercle), qui la font tourner d'un angle suffisamment grand; elle est destinée à opérer la torsion du ressort R; 5" une petite palette de fer /"placée sous une des pièces polaires commandant une des parties mobiles b' du contact de l'électrodynaraomètre (fig. 28).

Le mouvement de la culasse est ralenti pendant l'attraction seule-

LKS œMPTEURS D'ÉN£RGIfi JSLEGTRIQDK.

menty par le modérateur qui régularise la torsion du ressort R de rélectrodynamomètre. Cette armature peut remonter brusquement sous Inaction d*un ressort spécial.

Modérateur. — Le modérateur est destiné à rendre aussi constante que possible la vitesse de torsion du ressort de rélectrodynamomètre ; Terreur due à Tinerlie de la bobine mobile est alors constante et peut être compensée dans le réglage (fig. 29).

Le pignon et la roue dentée intermédiaires entre Tarbre du dynamomètre et le moulinet sont montés sur un châssis T'i mobile autour de leur axe commun.

Le couple qui tend à déplacer ce châssis est proportionnel au couple transmis au moulinet. Ce châssis est maintenu dans sa position normale par un ressort 2 dont la tension correspond au couple qui doit agir normalement sur ce moulinet. Le châssis en s'inclinant vient faire frein sur une poulie commandée par Tarbre du dynamomètre et dépenser en frottement l*excès d*énergie dû à Taccroissement du couple et résultant du déplacement de Tarmalure principale.

Le couple tranitmis au moulinet eit donc constant et y par suite, sa vitesse uniforme, à condition que l'effort à exercer sur le châssis pour arrêter la poulie lisse soit négligeable, ce qu*il est toujours possible d*obtenir. La vitesse se règle au moyen du ressort z qui agit sur le châssis. Ce ressort est disposé de façon à agir dans les deux sens et à permettre un retour relativement rapide.

Horloge. — Cette horloge fonctionne au moyen d'un remontage à roues satellites (remontoir d'égalité). Le mouvement alternatif du châssis de ces roues T est utilisé pour établir un contact électrique périodique (toutes les trente-six secondes). Quand le remontage n'a pas lieu par suite de l'interruption du circuit de dérivation de l'appareil, le contact fixe est entraîné un peu par ce châssis.

Lorsque la pièce portant ce contact est ainsi déplacée et qu'on ferme le circuit, le pendule se trouve soulevé doucement par le mouvement de l'armature Gi, puis abandonné brusquement à la fin de la première mesure, et se met ainsi en marche automatiquement.

Fonctionnement. — Le courant principal arrive au compteur (fig. 30) par la partie arrière des cadres et sort par la partie avant pour aller aux appareils où se dépense l'énergie électrique.

Les cadres sont donc parcourus par le même courant I que les appareils, et le circuit de dérivation du compteur, lorsqu'il est fermé, est parcouru par un courant proportionnel à E.

LI«S COMPTEURS DÉNERGIE ÉLECTHIQUE.

Co circuit partaut de la borne arrière des cadres arrive par la masse au m mobile h du contact de 1 horloge et au 01 b placé sur Taxe de Télectrodynamomètre. Lorsque le contact est établi à Thorloge, il passe dans rélectrorooteur, puis par la bobine mobile et retourne à la source d'énergie électrique.

L*électromoteur attire aussitôt la petite palette de fer /' (fig. 29) et établit le contact de rélectrodynamométre placé en dérivation sur celui de l horloge.

La culasse remonte Thorloge et interrompt immédiatement le

Fig. 30. — Diagramme des connexions du compteur.

contact de celle-ci, il n\ a donc pas d*étincellc à la rupture de ce contact.

L'armature principale tend progressivement le ressort de Télectrodynamomètre. Lorsque la torsion de ce ressort fait équilibre à l'action du courant de la bobine mobile (proportionnel à E), sur celui des cadres (I), la bobine se déplace et interrompt le contact commandé par son axe; la palette de fer tombe et tout revient en place sous l'action d'un ressort antagoniste jusqu*à un nouveau contact de l'horloge.

Le ressort de l 'électrodynamomètre est calé sur son arbre de façon que lorsque I est nul, la bobine ne se déplace qu'après que l'armature principale a décrit un angle y constant, un peu supérieur à l'angle nécessaire au remontage de l'horloge.

Les différentes phases du fonctionnement sont alors indiquées par la figure oJ, 0, origine du mouvement à chaque mesure, v angle constant décrit lorsque 1 = 0, a angle variable proportionnel à EL

Numéroteur, — Le numéroteur doit enregistrer la somme des angles quelconques a décrits par l'armature principale à chaque mesure.

5t2 LtlS COMPTEURS DÊNERGIE ÉLECTRIQUE.

La commande se fait à Taide de Vejilraineur à friclion 11 se compose en principe d'un cylindre L (fig. 32) serré légèrement aux trois points de contact d'un triangle Â,B,G.D, dont un côte A,B est prolongé et dont l'angle B seul est flexible. Si, maintenant le cylindre en place, on appuie sur AB de gauche à droite, l'angle B a une tendance à s'ouvrir et le triangle glisse facilement; si on appuie en sens inverse, Tangle B a tendance à se fermer et le cylindre, serré dans l'angle fixe C, se trouve entraîné. Le triangle A, B,C,D est formé d'un fil d'acier» flexible en B, serré entre deux pièces tronconiques. Deux pièces semblables côte à côte font un encliquetage sans aucun temps perdu.

Le levier AB doit décrire à chaque fois l'angle a. A cet effet, il est

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Fig. 31. — Diagraïuine. Fig* 3?. — Mode d'cntraincmcul du totalbateiir.

commandé par une bielle formant un côté d'un parallélogramme articulé.

Cette bielle porte à une extrémité une coulisse réglée pour qu'à chaque mesure il se produise dans la commande du levier AB un angle de retard égal à l'angle y. Le numéroteur enregistre donc rigou^ reusement la somme des angles «.

Le nombre indiqué par le numéroteur multiplié par une constante donne la dépense d'énergie en kilowatts-heure. Par suite de la division de l'heure en 100 parties, la puissance en watts est indiquée à l'instant de chaque mesure par le numéroteur avec la même constante à un facteur W près.

On peut facilement rendre la constante égale à 1 ou à un multiple de 10 quelconque de la manière suivante: On détermine cette constante avec un ressort trop long et, par suite, trop faible ; les indications sont trop grandes et par suite la constante K <1 1 * par exemple.

Si les indicalious sont trop grandes de tttj;» on supprime environ

jttt: des spires du ressort, ce qui rend la constante K <^ 1 , mais voisine de l'unité. Une petite résistance intercalée alors dans le circuit de l'appareil permet de parfaire facilement le réglage. Suivant la puissance maxima que doit intégrer un appareil donnée

on peut faire k^=â, o» etc. ; et tenir compte de K par 2 roues intermédiaires dentées dans le même rapport et placées entre l'entraîneur et le numéroteur.

Le modèle actuellement construit fonctionne avec 30 à 40 volts aux bornes en couplant les bobines à fil fin par 2 en quantité (R = 162 ohms), rintcnsité du courant dans la dérivation est alors comprise entre 0,18 et 0,21 ampère.

Toutes les bobines étant eu série, il peut fonctionner pour 00 <:^ Ë << 80 volts avec une résistance de 650 ohms et une intensité do 0,9 à 0,12 ampères. Ces intensités exti*émes correspondent à des densités de courant de 2,4 a 5 ampères par mm'.

Les cadres peuvent supporter un courant de 20 ou de 40 ampères.

Watts

jWariations de Ik torsion du re^rt

•ri-

Temps en ^ d'heure

Pi;?. 33. — Diagramme iodiquant les quantités relevées par le compteur. Lorsqoe E I est supérieur à la puissance pouvant être évaluée par rélectrodynamomètre {1400 watts], le compteur enregistre ce maximum).

suivant qu*ils sont en série ou en dérivation, avec une densité de courant de 3 ampères par mm ^ Les expériences faites au laboratoire d'électricité de TÉcole de

physique et de chimie industrielles de la ville de Paris ont montré

la proportionnalité parfaite de l'instrument, à ;t pour 100 près, entre

les limites extrêmes de fonctionnement pour lesquelles il est construit.

L'erreur n'atteint 2 ou 3 pour 100 que lorsque la puissance à

iiilégror est inférieure à 50 ^valls, c'csl-à-dire près du .— <Ui la

puissance totale de l'appareil (1400 watts), mais il est juste d'ajouter (jue, pour d'aussi faibles consommations, une erreur de 2 à o pour 100 ne présente aucune importance.

Dans les nouveaux appareils, l'intervalle de temps qui sépare chaque mesure est de 1 minute.

:»( LES œMKTeiRS Dt>EBGIi; ÉUXTKiQli:.

Ia puî»!)ancc' absorbée par le cin-uit de dcTÎfatiuu de l'apparail C!^t au maximum de 10 watts. Ce circuit est traTcrsê par le courant au moment de chaque mesure» pi^udant le temps strictement nécessaire pour les eflectuer* soit de 2 à !!0 secondes, selon que El est nul on égal au maximum.

In même appareil peut fonclionner avec des écarts de 50 pour 100 dans la valeur de la différence de potentiel aux bornes. La puissance absorbée par les cadres de conducteurs en série est de 5 à 4 watts pour la valeur roaxima de I. Tous les appareils indiquent direciement la défiense en kilowatts-heure.

WATTs-uEri|E*iiÉTft£s FOCB C0CIU5TS ALTEE.^AnFs. — Lcs watts-hcuremétres à intégration continue ou discontinue peuvent, sous résene de certaines modifications dans leur construction, s*appliquer à la mesure de Ténergie électrique dépensée par les appareils qui utiliseot des courants alternatifs.

On sait, en effet, qu avec ces courants il ne suffit pas de connaître les valeurs moyennes de Tintensité du courant et de la différence de potentiel utile pour déterminer la puissance effectivement dépensée par l'appareil d*utilisation, mais qu'il faut tenir compte du décalage de l'intensité par rapport à la différence de potentiel, et aussi, en toute rigueur, de la forme du courant périodique, forme qui se rapproche le plus souvent de celle d'une sinusoïde.

Si le circuit d'utilisation ne présente pas de force électromotrice de self-induction importante, — c'est le cas des lampes à incandescence, — un appareil intégrant

suffit pour déterminer l'énergie dépensée, et l'on peut alors faire usage du compteur de M. Forbes.

Dans le cas le plus général, il faudra employer un watts-hcurcmètre dont la bobine mobile ait un faible coefficient de self-induction, pour ne pas troubler l'exactitude des mesures.

Si cette condition n'est pas remplie, tel compteur qui donne des indications satisfaisantes pour une allure déterminée de la machine, cesse de fournir des indications concordantes lorsqu'on modifie l'allure de la macliine, et retarde d'autant plus que le temps périodique est plus petit.

On étudie de divers côtés certains compteurs-moteurs pour courants alternatifs, mais jusqu'à ce jour — et toutes réserves faites pour l'avenir — les appareils construits doivent être considérés plutôt comme des indicateurs que comme des compteurs proprement dits.

lËS COMPTEURS D'ËNER61£ ÉLECTRIQUE. 55

COMPTEDRS-ENREGISTfiEDRS

On peut, comme nous l'avons indiqué au début de cette étude, simplifier le problème de la mesure de Ténergie électrique en scindant les opérations que cette mesure comporte. L appareil n*a qu a faire alors VenreyUtrement de la dépense à chaque instant* Yinlégration constituant une opération ultérieure absolument distincte.

Le principe général de ces enregistreurs, dont les dispositions peuvent varier à Tinfini, consiste à faire tracer sur une feuille de papier, qui se déroule avec une vitesse uniforme, une courbe dont les ordonnées sont à chaque instant proportionnelles à Tintensité du courant, à la difiërence de potentiel ou à la puissance dépensée, suivant qu*il s'agit de totaliser les ampères-heure, les volts-heure ou les watts* heure.

La courbe ainsi tracée fait connaître la consommation à chaque instant : elle fournit un contrôle intéressant et non moins utile au consommateur qu'à la compagnie effectuant la distribution, car, en découpant le papier suivant la courbe tracée et en pesant séparément les deux parties qui sont laissées aux intéressés, on peut obtenir la vérification facile des consommations par la méthode très simple des pesées.

Bien que ce mode de comptage ne soit pas encore entré dans la pratique, il présente de tels avantages, que son emploi courant ne nous semble être qu'une question de temps, surtout en ce qui concerne les grosses consommations.

On pourrait utiliser le courant lui-même au coupage de la bande, à Taide d'un petit fil de platine porté au rouge par le courant et de dispositions pratiques faciles à imaginer.

Faisons remarquer, en passant, que les enregistreurs seront aussi d'un grand secours dans les distributions à potentiel constant ou à intensité constante, en inscrivant d'une manière continue les variations de l'élément qui doit rester constant : ils faciliteront l'application des amendes qu'il sera juste d'infliger aux compagnies lorsque les écarts seront trop grands, et ils légitimeront la substitution de volts-heuremètres ou d'ampères-heure-mètres aux watts-heure-mètres.

b& LEâ COftIPTEURS DtNKtlG(i^ ËLEGTRIQUE«

HENSEI65RMBNTS GENERAUX

Exactitude des compteurs. — Les premiers compteurs d'énergie électrique étaient fort grossiers, et, par suite; fort inexacts. L*un d*eux ayant indiqué une consommation pendant Tubsence d*un consommateur et l'extinction avérée de ses lampes, s'attira une curieuse boutade d'un facétieux journal américain, The New-York Times. Nous ne résistons pas au désir d'en reproduire une partie :

« 11 serait intéressant de savoir si le compteur électrique s'est « trouvé associé au compteur à gaz. S'il a passé quelque temps k la « cave dans la société d'un compteur h gaz, il est possible qu'il se soit H trouvé corrompu par l'influence vicieuse et l'exemple dégradant :de ft ce dernier »

Ici une attaque aux directeurs de compagnies de gaz, attaque que nous passons sous silence.

(( Il est probable, ajoute notre confrère, que le compteur électrique (( abandonné à lui-même est d'une nature honnête, mais que sa fai- « blesse le rend facile à perdre sous l'influence de mauvais compa* « gnons* ))

Nous devons ajouter, pour rendre hommage à la vérité, que le compteur à gaz est ici fort injustement incriminé.

Les compteurs à gaz vérifiés par le service de la Ville de Paris ne sont reçus qu'avec une tolérance maxima de 1 pour 100, en plus ou en moins pour un niveau d'eau normal.

La baisse du niveau de l'eau constitue une perte pour .la compagnie, son élévation un bénéfice. La question se résume, pour l'abonné, à ne pas laisser trop d'eau dans le compteur à gaz.

Cette exactitude de 1 pour 100 est, dans les bons compteurs actuels, presque toujours atteinte, souvent même dépassée. C'est seulement pour les petites consommations qu'il y a encore quelque incertitude dans les compteurs-moteurs, à cause de l'importance relative énorme du frottement des organes, mais elle n'a alors aucune importance pratique. Une erreur en sens contraire serait, à notre avis, plus avantageuse au point de vue de l'équité. Des tarifs bien établis, avec remises proportionnelles à la consommation et tarif spécial pour la location du compteur, corrigent d'ailleurs aisément ces petites impeifections de l'appareil.

Mais ce reproche n'est pas général et certains appareils en sont déjà exempts.

LES COMPTEURS D*f:NERGIE ÉLECTRIQUE. :.7

Tarifs. — La tendance générale — et logique — est de ramener la consommation au kilowatt-heure ou Unit du Board of Trade, avec tarifs progressifs en raison inverse de la consommation mensuelle ou trimestrielle.

Les prix actuels varient entre un maximum de 125 et un minimum de 40 centimes par kilowalt-heure. A Paris, le tarif maximum est fixé à 150 centimes par kilowatt-heure, mais il est peu probable que ce prix élevé soit demandé par les pcrmissionaires, même pour les plus petits consommateurs.

A Leamington, par exemple, le tarif est établi en fonction de Timportance de la consommation trimestrielle. L*abonné paye :

80 centimes le kilowatt-heure, lorsqu'il consomme moins de 12 kilowatts-heure par lampe et par trimestre.

60 centimes pour une consommation comprise entre 12 et 24 kilowatts-heure.

40 centimes pour une consommation au-dessus de 24 kilowattsheure.

Pour pouvoir comparer ces chiffres aux prix des lampes-heure, nous dirons que dans l'état actuel de la fabrication :

1 lampe de 1 bec Garcel, 8 à 10 bougies, prend. . . 30 walU.

— 2 — 16àî0 — 56à60 —

En ce qui concerne l'éclairage à arc, il est impossible de fixer aucun chiffre, rien n'étant moins défini que la puissance lumineuse d'une lampe à arc.

Ici se termine notre examen rapide de l'état actuel de la question relative aux compteurs d'énergie électrique.

La multiplicité des solutions proposées montre que le problème n'est pas encore absolument résolu ; mais elle indique aussi que, dans chaque cas particulier, il ne manque pas de solutions approchées capables de donner des résultats satisfaisants au point de vue pratique. Le champ reste encore ouvert aux inventeurs pour de nouveaux perfectionnements«