GÉNÉRAL
Les phénomènes électriques qui se produisent lors du transport de l'énergie au moyen de deux dynamos excitées en série peuvent être résumés de la façon suivante :
Chaque modification de la charge de la dynamo réceptrice entraine une augmentation ou une diminution correspondante de Tintensité totale du courant.
Comme la tension de la génératrice ne dépend pas uniquement du nombre de tours qu'elle fait, mais aussi, dans une certaine mesure, de l'excitation des inducteurs, cette tension variera, aussi bien aux bornes de la génératrice qu'à celles de la réceptrice, avec la charge et la résistance de la ligne entre des limites très larges.
Les données variables de la réceptrice sont les suivantes :
^° La tension aux bornes, Ei = E — ^^ IR ;
2^ L'induction totale * produite par l'enroulement inducteur.
Pour que le nombre de tours reste constant, il faut donc
E que le rapport -^ ait une valeur constante, quelles que
soient les variations auxquelles la tension est soumise.
Il résulte de ce que nous venons de dire que, pour obtenir un nombre de tours constant, un simple couplage en quantité de deux ou de plusieurs moteurs excités en série n'est pas possible, en supposant qu'un seul de ces moteurs fournisse un courant variable entre des limites très écartées ; en effets
CHAP. m. CALCUL DES INDUCTEURS
tout changement dans la charge de ce moteur entraînerait une modiGcation de Tintensité du courant qui parcourt la générairiee ei par smie ausAÎ ua abaissement ou un accroissement de la tension de la génératrice et airec die celle de tous les
moteurs, saB& que le
nombre de lignes de force diminue ou augmente en même proportion dans tous les moteurs, ce qui a pour conséquence de rendre
MotBIIP 1® nombre de tours de
P*»- ^* ceux-ci très variables.
Cet inconvénient a été supprimé en partie grâce à la disposition indiquée par la figure 61. Si, par exemple, le moteur 1 était plus chargé que les autres, le courant qui parcourt Tinduit 1 se répartirait également sur les trois inducteurs, pourvu que les enroulements de ceux-ci possèdent la même résistance. Mais c'est précisément cette circojistance qui est nuisible, parce qu^il est presque impossible pratiquement d'avoir des résistances identiques. De plus, on exige souvent de faire actionner des moteurs de puissances différentes par la même dynamo génératrice; dans ce cas la condition dont il s*agit ne peut nul*
une disposition comme celle indiquée sur la figure 62, pourvu que les moteurs ne soient pas trop éloignes les uns des autres; en effet, dans ce cas la
Moteurs
Fig. 62
résistance des bobines des inducteurs peut être quelconque.
Un couplage en série des dynamos excitées eu série du même type présente, malgré Tavantage considérable d*une
COMPARAISON DES MODES d/eNROULEMKNT 111
ligne moins coûteuse, des inconvénients puisqu*il donne lieu à certaines difGcultés pour le couplage et pour le découplage des difTérents moteurs. C'est ainsi qu'un inconvénient consiste en ce que, sans dispositifs spéciaux de réglage, lors du découplage d'un ou de plusieurs moteurs, les autres tournent plus rapidement. Dans le cas où Ton emploie plusieurs dyaames génératrices, on pourrait obvier à cet inconvénient en mettant hors action simullanément un nombre identique de dynamos génératrices de la même puissance ; toutefois cette mise hors d'action ne peut pas s^efTectuer sans difficulté, ainsi que le savent tous les Ingénieurs qui ont eu à s'occuper d'installations de ce genre, surtout lorsque chaque génératrice est actionnée séparément par une turbine. Pour cette raison^ on préfère munir de régulateurs automatiques aussi bien les génératrices que les réceptrices ; ces régulateurs permettent d'obtenir dans les dynamos génératrices une intensité de courant constante et dans les réceptrices, un nombre de tours invariable. Il va sans dire que l'installation devient dans ce cas très compliquée (1).
Afin de s'assurer Tavantage d'une ligne aussi peu coûteuse que possible et de pouvoir, d'autre part, coupler et découpler à volonté les moteurs, on fait souvent usage du système à trois on à plusieurs fils (2). La figure 63 montre le schéma d'une installation à trois fils.
(1) Bien qu'un certain nombre d'installations de transport de l'énergie à distance aient été établies d'après ce système, depuis plusieurs années, par la Compagnie de l'Industrie Electrique de Genève (et souvent pour des distances et des tensions considérables) et bien qu'il n'existe plus de doute au sujet de la possibilité de les exécuter, l'Auteur est néanmoins d'avis que les dynamos à courant continu ont atteint dans ce cas la limite de leur utilisation et qu'elles seraient avantai^eusement remplacée par des dynamos à champ tournant.
Toutefois le système de distribution par moteurs en série est particulièrement avantageux lorsqu'il s'agit d'utiliser une chute dont la hauteur est très variable, l'emploi de machines à courant alternatif amenant des variations correspondantes de fréquence.
(2) Dans l'installation Steiermuehl, exécutée par les Ateliers d'Oerlikon, il existe 8 dynamos couplées suivant ce système.
ciiAP. m.
CALCUL DES INDUCTEURS
Génératrices
Moteur
Fig. 63
Tant que les deux moteurs sont également chargés, nous nous trouvons en présence des mêmes conditions que dans le cas où 4 dynamos sont couplées en série, et que le fil intermédiaire b n'est parcouru par aucun courant. Mais dès que la
charge d'un moteur de vient plus forte que celle des autres, un courant circule par le fil b et son intensité est égale à la différence des intensités des courants de deux dynamos réceptrices. L'intensité maximum se produit en b lorsque Tun des moteurs tourne à vide ou bien lorsqu'il est découplé. Par suite, il est bon de donner au fil intermédiaire la même section qu'aux deux autres et même une section plus forte, car autrement la tension dans les deux autres moteurs subirait des variations trop considérables.
Il ne peut naturellement pas être question ici d'un nombre de tours absolument constant des réceptrices, quelles que soient leurs puissances, mais dans beaucoup de cas cela n'a aucune importance.
Dans les installations de transport de l'énergie à des grandes distances au moyen de deux dynamos réceptrices, on aura donc à résoudre la question de savoir si le système à trois fils est préférable aux deux dispositions que nous avons étudiées en premier lieu. On ne peut pas ici indiquer une solution applicable à tous les cas, puisque les conditions locales sont d'une grande importance. On sait que la tension des dynamos à courant continu (et particulièrement de celles dont l'induit est en anneau) peut être portée, en prenant certaines précautions, sans inconvénient, à 3000 volts et plus ; de plus,
il est évident qu'une tension de 1 000 volts est tout aussi dangereuse pour la vie des desservants que celle de 2 000 volts. £nCn, on ne doit pas perdre de vue que deux dynamos génératrices d'égale puissance coûtent beaucoup plus cher qu'une seule ayant la puissance double. ISéanmoins on se décidera^ dans certains cas, à faire usage du système à trois Gis, soit en raison de la plus grande sécurité d'exploitation^ soit par exemple lorsqu'il s*agit d'utiliser deux chutes éloignées Tune de l'autre, pour le transport commun de l'énergie.
Pour des raisons faciles à comprendre, on évite de mettre en circuitf dans une source de courant de tension constante^ des moteurs en série qui sont soumis à une charge très varia^ b le y* et qui par moment n'ont aucun travail à transmettre.
En effet, lorsque cela aurait lieu (la transmission de l'énergie cessant), le courant de l'induit et partant celui des inducteurs, s'abaisserait à zéro et la dynamo tendrait à tourner avec une vitesse énorme.
Moteurs série pour tramways
Pour actionner les voitures de tramways électriques où les moteurs sont, pour ainsi dire, couplés avec les rails, de sorte qu'ils ne peuvent jamais tourner à vide, on donnera la préférence aux machines excitées en série ; en effet, ces dynamos présentent, outre une plus grande facilité d'isolation^ des avantages sérieux pour le démarrage et le réglage (1).
On sait que les tramways électriques admettent deux modes de propulsion :
a) A l'aide d'accumulateurs ; dans ce cas la source de force motrice est portée par la voiture ;
(!) Des dynamos très petites, de ^ à g de cheval et qui servent à
actionner des machines à coudre et autres mécanismes de ce genre, ne peuvent être exécutées que comme des machines excitées en série, que Ton intercale dans le réseau d'éclairage. Dans ce cas Temballement, lors de la marche à vide, est d^autant moins à redouter que le frottement à vaincre est relativement grand.
J. Fjschbr-Himnen, Dynamos à courant continu. 8
114 CIIAP. m. — CALCUL DES INDUCTEURS
b) A Taide d'un conducteur aérien ou souterrain. Par suite, le mode de réglage doit être approprié à celui de propulsion. Dans le cas où Ton fait usage d'accumulateurs,
ce mode de régla^^e est très simple. On divise toute la batterie
if
I en plusieurs tronçons déterminés et identiques^ dont les fils
;) extrêmes sont reliés à un commutateur spécial. Lors du dé-
1 marrage, toutes les sections sont groupées en quantité. Comme
;f la tension est très petite, la voilure démarre très lentement ;
! lorsqu'on veut marcher avec une plus grande vitesse, on
/ groupe un certain nombre de tronçons en série et, enCn, pour
obtenir la vitesse maximum tous les groupes sont montés ' en série.
Mais dans le deuxième cas, le mode de réglage est complètement différent.
D'après ce que nous venons de dire, 4 modes sont possibles pour obtenir une modification dans le nombre de tours : 1° On intercale dans le circuit d'induit un rhéostat à Taide duquel on peut modifier la tension d'une manière convenable; 2* On conserve la tension constante et on règle à l'aide d'un commutateur, comme dans le cas où l'on fait usage d'accumulateurs, l'enroulement des inducteurs, ce qui a pour conséquence de modiCer le nombre de lignes ;
3^^ On emploie les deux modes de réglage simultanément. C'est la méthode la plus rationnelle ; mais tandis que certains Ingénieurs intercalent une résistance spéciale, M. Sprague adapte la résistance de l'enroulement des inducteurs de façon à pouvoir supprimer les résistances.
Il n'est pas certain qute l'on obtienne de la sorte un avantage, surtout en tenant compte de réchauffement très considérable des bobines des inducteurs et son influence très préjudiciable. 4** Si la voiture est munie de 2 moteurs, on peut, lors du démarrage, les coupler en série avec une résistance convenable. La vitesse de démarrage est de la sorte très réduite. Si Ton veut accroître la vitesse, on met, successivement, hors circuit les résistances et on effectue ensuite le montaire en quantité.
La théorie des moteurs pour tramways ainsi que leur réglage présentent de nos jours une telle importance pour tout électricien que nous nous y arrêterons un peu.
La vitesse du moteur est donnée par la formule :
Pour les calculs pratiques, il est presque toujours plus commode d'introduire, au lieu du nombre de tours n, la vitesse de la voiture v en mètres par minute.
Soient : 'J) le diamètre des roues de la voiture, en mètres, et a le rapport de transmission ; on a
v = — 3hr, a '
E6OJ0Vi w ^"^
Nous ne nous occuperons, dans ce qui suit, que des moteurs excités en série lesquels sont employés de préférence à la propulsion de voitures de tramways.
Le fait que la ligne est d'ordinaire parcourue simultanément par un certain nombre de voitures conduit à maintenir, dans Tusine génératrice, la tension presque toujours constante, de sorte que la diflérence de potentiel aux bornes des moteurs ne peut différer de celle-ci que de la perte de tension. Soient :
P le poids à traîner par le moteur en tonnes = poids de la voiture -h poids de la charge utile -4- poids des appareils électriques ;
V, comme tout à l'heure, la vitesse de marche en mètres par minute ;
a le coefficient de traction = 10 à 12 pour des tramways = 4 à 6 pour des lignes de chemins de fer ;
p la pente en Voo- Le travail effectif que le moteur dépense est alors
<65) T = "^"3^^ chevaux ;
CIIAP. m. CALCUL DES INDUCTEURS
pour un rendement commercial Tintensité du courant sera :
