CHAPITRE PREMIER

I.ES MACHINES DYNAMO-ÉLECTRIQUES. — GÉNÉRALITÉS. — DÉFINITIONS. — l'anneau DE GRAMME. — CLASSI- FICATION DES MACHINES DYNAMO-ÉLECTRIQUES. — PRINCIPE DE LA MACHINE AUTO-EXCITATRICE.

Dans la Notice des Merveilles de la science sur VÉlectro-magnétisme et les Machines à courant d'induction (l), nous avons exposé les principes généraux de l'induction voltaïque et de l'induction magnétique, et nous avons décrit les premières machines magnéto-électriques de Pixii, de Clarke et de Nollet, cette dernière perfectionnée, ainsi que nous l'avons dit, par la Compagnie r Alliance, et connue, à cette époque, sous le nom de Machine de V Alliance.

Nous avons également parlé de la machine de Wilde, dans laquelle les aimants sont partiellement remplacés par des électroaimants.

Dans ce Supplément., consacré à consigner les inventions et découvertes faites dans Y Électro-magnétisme, depuis l'année

(1) Tome I", pages 707-735.

1870 jusqu'à ce jour, nous n'avons à ajouter rien de particulier concernant les lois de l'influence réciproque des courants , qui ont été exposées dans cette Notice, parce qu'ils n'ont fait aucun progrès pouvant, par ses applications, intéresser nos lecteurs. Mais une application de premier ordre de l'Electro-magnétisme a été réalisée : c'est la machine dynamo-électrique. Cette machine est fondée sur les mêmes principes de l'électro-magnétisme que les machines magnéto-électriques que nous avons décrites, mais elles les ont à peu près entièrement supplantées.

Ce sont les machines dynamo-électriques qui, en fournissant la source d'électricité la plus puissante et la plus sûre, ont amené l'immense développement qu'a pris de nos jours l'électricité, avec les nombreuses applications industrielles qu'elle a reçues : éclairage électrique, galvanoplastie, électro-métallurgie, transport et distribution de la force à distance, etc., etc.

Nous avons également à parler, mais plus brièvement, des perfectionnements apportés aux machines magnéto-électriques,

SUPPLÉMENT A L'ÉLECTRO-MAGNÉTISME

qui, dan? certains cas particuliers, sont employés de préférence aux macliines dynamo-éleclrigiies .

Mai? avant d'aborder l'étude et la description de ces deux ordres d'appareils, il est indispensable de donner des définitions précises et de rappeler quelques principes généraux.

On appelle champ magnétique la portion d'espace dans laquelle se fait sentir l'influence d'un aimant, et dans laquelle existent des foi'ces spéciales d'attraction et de répulsion.

Faraday a eu l'idée de représenter la direction et l'intensité de ces forces, qui varient de chaque point du champ magnétique, par des courbes, qu'il a appelées lignes de force.

On appelle intensité du champ magnétique en un point quelconque, l'intensité de la résultante des forces d'attraction et de répulsion en ce même point.

Par machine dynamo-électrique , dans le sens le plus large du mot, on doit entendre un appareil destiné à convertir l'énergie, prise sous la forme d'un mouvement mécanique, en énergie sous forme de courants électriques, et vice versa.

Les machines dynamo-électriques reposent toutes sur le principe d'électro-magnétisme découvert par Faraday en 1831, et que nous rappellerons ici. « Quand on fait mouvoir dans un champ magnétique un conducteur faisant partie d'un circuit fermé, ce conducteur devient le siège d'un courant électrique induit. »

La cause de la production de ce courant se comprend sans peine. Pour déplacer le conducteur dans le champ magnétique, on éprouve une certaine résistance, car il faut vaincre les attractions et répulsions: qui s'exercent dans ce champ. On est donc obligé de dépenser une certaine quantité de travail ; et c'est ce travail qui produit le courant d'électricité d'induction.

Le champ magnétique peut être produit par un aimant permanent, comme dans l'ancienne machine de l' Alliance. On a alors une machine magnéto- électrique. Mais on réserve plus particulièrement le nom de machine dynamo-électrique ou plus brièvement de dynamo^ à celle dans laquelle le champ magnétique est produit par un électro-aimant, et où le magnétisme se développe par le fonctionnement de la machine elle-même.

La machine de Wilde, que nous avons décrite dans Xes Merveilles de la science [i), est une machine dynamo-électrique , dont les électro-aimants sont excités par une petite machine magnéto-électrique.

Cette distinction des machines électriques en magnéto et dynamo est peut-être un peu arbitraire, au point de vue scientifique, mais elle est commode, et elle est employée dans l'usage courant. Nous la conserverons pour la clarté de l'exposition.

Les machines électriques comprennent toujours deux systèmes, animés d'un déplacement relatif. On appelle inducteur le système destiné à produire le champ magnétique, que ce soit vm aimant ou un électro-aimant, et on appelle induit ou armature, le système approprié à la production des courants induits.

C'est un étudiant italien, Pacinotti, qui a eu le premier l'idée de constituer l'armature comme on le fait généralement aujourd'hui, et c'est le même physicien qui a construit la première machine dynamoélectrique.

Le mode enroulement de Vinduit employé par Pacinotti a été repris et modifié par M. Gramme, ancien ouvrier de la Compagnie l'Alliance, qui lui a donné la forme connue sous le nom à'ajineau de Gramme. C'est donc à M. Gramme que revient l'honneur d'avoir amené d'un seul coup la ma-

(1) Tome 1", page 725.

chine dynamo-électrique à sa forme, pour ainsi dire, parfaite et définitive. M. Gramme a été, pour la machine dynamo-électrique, ce que fut James Watt pour la machine à vapeur de Nevvcomen. C'est pour consacrer ce fait historique que le gouvernement français a décerné, en 1888, le grand Prix Voila de 50,000 francs à M. Gramme.

Nous allons décrire en détail Va7meau de Gramme^ dont la connaissance est fondamentale, et indispensable pour l'étude des machines dynamo-électriques.

Supposons un anneau de fer doux sur lequel est enroulé un fil de cuivre sans fin, et plaçons cet anneau entre deux pôles magnétiques. Il s'aimantera par influence, et prendra des pôles magnétiques, qui sei'ont respectivement de noms contraires à ceux des pôles inducteurs. Si l'on fait tourner l'anneau, ses pôles resteront fixes dans l'espace, et toujours en regard des pôles inducteurs. Les phénomènes seront les mêmes que si le fil tournait seul sur l'anneau.

Dans ce mouvement, toutes les spires de fil, situées, à un moment donné, d'un même côté du diamètre perpendiculaire à la ligne des pôles, sont parcourues par des courants induits, de même sens. Toutes les spires situées de l'autre côté du diamètre sont parcourues par des courants induits de même sens, mais de sens contraire à ceux des premières spires.

Le diamètre considéré, suivant lequel les courants induits changent de sens, est ce qu'on appelle le diamètre de commutation. Il partage le champ magnétique en deux région s, dans lesquelles les lignes de force sont de sens contraire. Si, maintenant, nous con sidérons une spire dans sa demi-révolution d'un côté du diamètre de commutation, le courant induit qui la parcoui't varie constamment d'intensité, et atteint son maximum quand elle est en face du pôle correspondant.

Dans chaque moitié de l'anneau, tous les

courants induits étant de même sens s'ajoutent et produisent un courant résultant, égal à leur somme. La môme chose se passe dans l'autre moitié de l'anneau, où les courants résultants sontégaux, mais de sens contraire

L'anneau ainsi disposé présente une disposition absolument semblable à celle de deux éléments de piles, combinés en quantité.

Pratiquement Vanneau de Gramme., dont nous donnons, ci-dessous, une coupe est

Fig. 3C1. — L'auneau de Gramme.

composé d'un faisceau A, de fils de fer doux. Le fil induit B , qui recouvre l'anneau, se trouve partagé en bobines distinctes, placées les unes à côté des autres et réunies en tension, le bout finissant de l'une étant soudé au bout commençant de l'autre.

Pour recueillir les courants produits dans les deux moitiés de l'appareil, l'arbre de rotation, sur lequel est fixé l'anneau, porte une série de lames de cuivre, R, R, disposées de manière à former, par leur ensemble, un cylindre autour de l'arbre. Ce cylindre constitue le collecteur de la machine. Les lames sont en nombre égal à celui des bobines, et elles sont isolées les unes des autres. A chaque bande de cuivre on attache le bout finissant d'une bobine et le bout commençant de la suivante.

Dans le plan du diamètre de commutation, deux ressorts frotteurs métalliques, b,b' , composés de fils fins métalliques, et appelés balais, procurent le contact avec les lames métalliques, recueillent le courant et le

transmettent an conducteur extérieur qui leur est fixé.

Les balais d'une dynamo sont analogues aux pôles d'une pile. L'un est le balai positif , l'autre le balai négatif. Entre les deux, il existe une différence de potentiel qui constitue la force électro-motrice utilisable dans le circuit extérieur.

Telle est l'armature , ou l'anneau de Gramme, qui constitue la partie essentielle d'une machine dynamo-électrique. Il a subi des modifications et des perfectionnements nombreux, mais il est resté jusqu'à ce jour le type classique des armatures.

La disposition du collecteur de l'anneau Gramme permet de recueillir un courant dont le sens est toujours le même, qui ne subit pas d'interruption complète, et dont l'intensité est, pour ainsi dire, constante, parce qu'il est la somme des courants induits dans la moitié des bobines, dont quelquesunes sont toujours à leur maximum de potentiel.

Dans d'autres machines, au contraire, les courants sont pris tels qu'ils sont développés dans les bobines induites. Comme ils changent de sens dans chaque bobine, au moment où elle passe d'un champ magnétique dans un autre, le courant résultant se modifie également. Il peut ainsi se trouver renversé jusqu'à trente mille fois par minute en passant chaque fois par zéro.

De là une subdivision à établir dans les i machines dynamos. Le premières sont à courants continus ; les secondes à courants alternatifs.

On peut, il est vrai, redresser les courants alternatifs au moyen d'un commutateur^ mais ils ne deviennent pas continus pour cela. Ils sont constamment de même sens, mais leur intensité varie de zéro à zéro, en passant chaque fois par un maximum.

Nous avons dit que les machines dynamo - électriques proprement dites sont celles dans lesquelles le champ magnétique

est produit par un électro-aimant. Les dynamos se distinguent encore les unes des autres par le mode d'excitation de leur champ magnétique.

Les unes sont à excitation indépendante : le courant qui parcourt le fil des électros est fourni par une autre machine magnéto ou dynamo.

Les autres sont auto-excitatrices, c'est-àdire que c'est la machine elle-même qui produit Vexcitation de son champ magnétique.

Le principe de l'auto-excitation repose sur le magnétisme rémanent. Si le fer doux des électros était parfaitement pur, et ne présentait aucune trace d'aimantation, le mouvement de l'anneau de Gramme ne produirait aucun courant induit. Mais au moment où ce mouvement commence, le fer doux possède un magnétisme rémanent, qui donne naissance à un courant, très faible, il est vrai, mais suffisant, pour commencer l'excitation des électros. Ceuxci peuvent, à leur tour, agir sur la bobine ; et il se produit ainsi une série de réactions successives, qui augmentent l'intensité du courant, jusqu'à ce qu'elle ait atteint l'intensité nécessaire. Ces opérations se passent, d'ailleurs, dans un temps très court.

Il faut remarquer que les machines à courants alternatifs ne peuvent être autoexcitatrices, que si l'on a soin de redresser les courants, avant de les envoyer dans le fil des électros; sinon elles doivent être excitées par une machine magnéto-électrique, ou par une autre dynamo à courants continus.

Mais parmi les machines auto-excitatrices , il faut encore distinguer , car l'excitation peut se faire de plusieurs manières. La machine est à excitation simple, ou en série, quand l'inducteur est parcouru par le courant total de la machine. Elle est à excitation dérivée, lorsqu'ils sont parcourus par une simple dérivation du courant principal. Enfin elle est à excitation en

Fig. 362. — Pi'emière machine dynamo-électrique de Gramme.

double circuit^ quand les électros sont excités à la fois par le couinant total et par une dérivation. Dans ce dernier cas, la machine est dite à enroulement compound , c'est-à-dire composé, par analogie avec les machines à vapeur dites compound.

Telles sont les notions générales, indi spensabl es pour comprendre le fonctionnement des différentes machines dynamoélectriques.

Nous passerons maintenant en revue :

1° les machines dynamo-électriques à courants continus; 2° les machines dynamoélectriques à courants alternatifs; 3° les machines magnéto-électriques.

Fig. 363. — Machine dynamo-électrique, modèle actuel.