P=— — = — 4TC'UN

dt dt

^a valeur dN/dl est donnée par le coefficient angulaire de

la tangente menée à la courbe N =/(/) au point correspondant à la vitesse considérée.

Comme le moment d'inertie Q est généralement inconnu, M. Routin a proposé de l'éliminer en répétant l'expérience de ralentissement, après avoir appliqué sur la poulie de la machine un IVein à corde développant un couple résistant supplémentaire. Si, pour la même vitesse N, on relève la valeur dK 'dt = tanga sur la première courbe et la valeur dN /dt= tanga' sur la seconde, on a, en appelant/» la puissance consommée par le frein,

P = — 4 7t' U N tang a, P + p = -47:- UN tang a' ;

d'où l'on tire

tang a

tang a' — tang «

Il est bon de charger le frein de manière que tang a' soit approximativement égal à 2 tang a. Pratiquement, le frein doit pouvoir absorber environ 5 pour loo de la puissance nominale de la dynamo.

Les mêmes essais, pratiqués sur la machine excitée de façon à produire à vide la force électromotrice normale avec la vitesse de service, c'est-à-dire de manière à donner au flux à travers l'induit sa valeur de pleine charge, font comiaitre la puissance dissipée, à ce dernier régime, par les frottements, l'hystérésis et les courants de Foucault, sous réserve des restrictions faites, à propos de la méthode de M. Swinburne, au sujet des erreurs résultant des distorsions de flux et de l'accroissement des frottements avec la charge.

Les mesures de ralentissement ne réussissent que si la durée de la période variable avant l'arrêt dépasse une trentaine de secondes, ce qui n'est pas toujours le cas, avec excitation, pour les dynamos d'une puissance inférieure à 5 kilowatts.

Les courbes \ =/(/) sont sensiblement rectilignes aux eD%> rons de la vitesse normale, ce qui permet d'obtenir la direction de la tangente correspondante avec beaucoup d'exactitude.

L'emploi il'un iVein pour l'climination du moment d'inertie

GÉNÉRATEURS ET MOTEURS A COURANT CONTINU

inconnu est assez incommode, à cause de l'instabilité d'un tel appareil quand la vitesse est variable. Aussi préfère-t-on souvent opérer comme suit. Soit a, fig. 279, la courbe de ralen-

tissement de la dynamo étudiée pour une certaine excitation. Il est aisé de voir que, pour un point quelconque U,

-N^^ =SM, dt

SM étant la sous-normale de ce point. Pour déterminer le moment d'inertie

- 4 Tt* N -

rfN

4 7î» SM

il suffit donc de connaître les pertes P par frottements, hystérésis et courants de Foucault correspondant à la vitesse N = UM. Dans ce but, avec l'excitation considérée, mesurons, en même temps que les vitesses, les puissances électriques vt absorbées par l'induit, de résistance l'a, tournant comme moteu. à vide sous diverses tensions v et traçons la courbe b dont les abscisses sont les différences l'i — i-ra = P et les ordonnées les vitesses. On a

4i5»SM

sss

Le moment d'inertie étant déterminé, on peut déduire de la courbe de ralentissement sans excitation la perle par frottements, égale, pour chaque vitesse, au produit de 4 ï:- U par la sous-normale correspondante. On vérifiera ainsi que cette perte n'est pas proportionnelle à la simple vitesse, mais plutôt à la puissance i,5 do celle-ci. Par différence entre les puissances accusées, pour une même vitesse, par une courbe de ralentissement avec excitation et la courbe sans excitation, on arrive aux déchets H l- C par hystérésis et par courants de Foucault, dont la séparation se (ait aisément en traçant le diagramme (H f C)/N — /(N) et en se rappelant que H croit comme la vitesse, tandis que C augmente comme le carré de cette dernière. En opérant avec diverses excitations, on appréciera l'influence de celles-ci sur les pertes H et C.

Sur les dynamos puissantes, la méthode de ralentissement permet encore l'essai de court-circuit de l'induit. A cet effet, après avoir lancé l'armaturf au moyen d'un moteur auxiliaire, on la met en court-circuit sur un ampèremètre, l'inducteur étant faiblement excité par une source indépendante, et, pendant la période de retardation, on observe la décroissance de la vitesse et du courant induit. Grâce à la constante d'inertie 4 7t' SJ, on peut ainsi évaluer les pertes par effet Joule, courants de Foucault, hystérésis et frottements en court-circuit, et, en estimant ensuite les trois derniers déchets dans une nouvelle expérience pratiquée après ouverture ilu court-circuit, isoler approximativement, par soustraction, les pertes dues au courant de l'armature et à la commutation. Dans l'essai en question, on cale les balais à la ligne neutre géométrique.

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES.

Enregistrement des grandeurs électriques périodiques. Procédés de M. Joubert, de M. Hospitalier, de M. Duddell, de M. Blondel, de MM. Abraham et Carpentier, de M. Braun et de l'auteur. — Les observations générales faites au sujet des essais à exécuter avant et après la construction des dynamos à courant continu subsistent pour les alternateurs. A ces expériences s'ajoute, dans le cas présent, le tracé de la courbe ondulatoire de force électromotrice. Nous donnerons, à cette occasion, quelques détails sur l'enregistrement des courbes périodiques, qui trouve actuellement son application dans beaucoup de problèmes soulevés par les distributions à courants alternatifs.

l) Pour relever les points successifs de la courbe montrant les variations cycliques de la force électromotrice d'un alternateur, M. Joubert a indiqué le dispositif suivant, dans lequel le point relatif à une position déterminée du rotor par rapport au stator s'obtient en reliant un condensateur à l'induit au moment correspondant. L'axe mobile de la machine, sur lequel est ordinairement monté l'inducteur, porte une bague métallique b pourvue d'une languette affleurant sur une bague isolante accolée, fig. 280. Un frotteur /, appuyant sur la bague

SOO

conductrice, communique avec l'extrémité B d'un des enroû lements de l'induit, dont l'autre extrémité A peut être raccor-' liée, par une clt-lde charge et décharge k, à l'une des armatures du condensateur C. La seconde armature de ce dernier est en communication avec un Trotteur /' touchant normalement la bague isolante et par instants la languette de métal. A ce moments, si la clef est abaissée, le condensateur se charge à ! différence de potentiel instantanée de l'enroulement étudié. Elj le déchargeant dans un galvanomètre balistique G, on peu donc déterminer cette tension. Le déplacement du frotteur^ ou, ce qui revient au même, de l'ensemble des deux l'rotteur

Fig. 280.

autour d'vm cadran gradué permet de répéter la mesure pourl diverses positions séparées par des intervalles 3ngulaires^ représentant une fraction connue de la période de l'alterna» teur. Un voltmètre V dérivé sur l'enroulement sert à vérifierl si la force électromotrice efficace reste constante pentlantj l'essai.

Si l'on substitue un électromètre au galvanomètre, il est] possible de supprimer la clef k et de maintenir l'instrument en connexion permanente avec les deux armatures du condensateur, dont il renseigne directement la différence de potentiel-

On peut aussi estimer la tension instantanée par une méthode d'opposition. A cet effet, on relie les points entre lesquels elle 1 se produit, par l'intermédiaire d'un galvanomètre et du contact , tournant, à un rhéostat traversé par un courant continu. On règle la résistance comprise entre les points de raccordement au rhéostat jusqu'à ce que le galvanomètre ne dévie plus. Si la résistance variable est un fil divisé, comme dans les potentio-

ALTERNATEURS ET MOTËt

SYNCHRONES.

mètres, en appelant L la longueur totale du fil, V la difterence de potentiel à ses extrémités et / la longueur de fil qui maintient le galvanomètre au zéro, on a, pour la force électromotrice cherchée,

Le montage de la fig. :28l évite également la clef de charge et décharge. Il utilise trois frotteurs solidaires /, f et /", dont le premier charge le condensateur au moment où ii rencontre la languette métallique, tandis que le troisième, cjui passe au

tHI —

Fig. 2Si.

même instant sur une partie isolante, décharge immédiatement après le condensateur dans le galvanomètre. Sc»us l'influence des impulsions répétées, celui-ci prend une tléviation permanente, qui définit la différence de potentiel inconnue, si l'on a soin de tarer au préalable l'instrument avec des couples étalons. ;■ est une résistance mise à la suite du condensateur pour suprimer les étincelles au balai de charge.

Il arrive parfois, dans la méthode de M. Jt:)ubert ut ses variantes, que des charges staticpies, développées par le frottement de la courroie de transmission sur la poulie de la machine, communiquent au condensateur une quantité d'électricité parasite pouvant fausser les résultats. Il faut relier l'arbre de l'alternateur à la terre pour se mettre à l'abri de cette cause perturbatrice.

Les combinaisons considérées se prêtent au relevé, non seulement de la force électromotrice d'un alternateur à circuit ouvert, mais aussi de la difilérence de potentiel fournie par

la machine à un circuit extérieur ou existant aux extrcmit d'une résistance quelconque intercalée dans celui-ci.

Elles peuvent être applii.]uées, pour trouver les variations d'une difl'érence de potentiel périodique due à un altemateU inaccessiWe, en se servant d'un moteur synchrone pour fai^ tourner le contact molîile.

2) Si, dans le dispositif de la fig. 281, on déplace lenteme les trois balais/,/' et /", le galvanomètre accuse une déviatic variable, qui permet d'enregistrer la courbe figurant la fore électromotrice ra[>portée au temps sur un tambour dont mouvement est solidaire de celui des balais.

M. Hospitalier est arrivé au même résultat, dans un appare appelé oudoj^ral'lit:, en laissant les balais fixes et en donnant commutateur rotatif une vitesse angulaire légèrement inférieur à celle de l'alternateur ou plutôt tl'un petit moteur synchroa^ qu'il actionne.

Cet arrangement est représenté en perspective et en pla^ «lans les fig. 282 et 283. Le moteur synchrone A, dont l'indue

Fi^;. 282.

teur est formé d'un fer en croix, commande, par les trains d'engrenages B, d'une jiart, le tambour enregistreur C et, d'autre part, le commutateur D; le galvanomètre E actionne une aiguille F munie d'une plume traçant sur le tambour.

Par les bornes G et G', le moteur est soumis à une différence de potentiel provenant du générateur étudié. Les bornes H

et H' sont rrxccordées à un condensateur de capacité convenable. Aux bornes I et I' est appliquée la l'orce électromotrice U à enregistrer.

Fig. 283.

Une armature c' du condensateur communique constamment, par H' et I, avec l'une des extrémités K de l'enroulement induit de l'alternateur; l'autre armature c est reliée, f>ar le balai à contact continu d', à la masse du commutateur D. Quand le balai d, qui est raccordé par I' avec l'autre extrémité t(' de l'enroulement induit, est mis à la masse par le passage de la languette conductrice mince ijue présente le commutateur, le contlensateur se charge et est porté à la difl'érence de potentiel U correspondant au moment de la rupture. Pendant ce temps, sous le balais d" passait une partie isolante du commutateur, mais, immédiatement après, d" se trouve mis à la masse, tandis ijue d est isolé; il s'ensuit que le condensateur se décharge, par le circuit cH d' d" F. H' t' , à travers le galvanomètre.

Les rouages B sont combinés de fa^on (jue, lorsque le oteur synchrone fait luoo tours, le commutateur en fait ggc) it le tambour enregistreur exécute un tiers de révolution. Ces chiffres correspondent à deux ondes de signes contraires. Le tracé d'une période est ainsi assuré par 99g décharges du con-

CHAPimE XXXII.

dcnsateur dans le galvanomètre et un tour du tambour comporte 3 périodes entières.

3) D'autres combinaisons reposent sur l'enregistrement immédiat d'un courant fourni par l'alternateur examiné.

On a vu, au chap. VI, que l'équation du mouvement d'un galvanomètre est de la Jomie

Ai^-|-B''* + Cx=Di.

dt^ dt

Le premier terme représente le couple d'inertie, le deuxième le couple amortisseur, le troisième le couple directeur et le second membre constiue le couple déviant. S'il faut que la déviation du galvanomètre soit à chaque instant proportionnelle au courant traversant l'appareil, l'équation doit se

rétluirc à

:Vst-à-dire qu'il est nécessaire que les couples d'mertie ci 'Amortissement puissent être négligés devant le couple directeur. 11 convient donc que la masse mobile de l'instrument *(Wt tn'S minime et l'action directrice grande, afin que •1^ node du galvanomètre soit très courte vis-à-vis <le cell ,-,1 courant à relever. Un certain amortissement est requï iH*ur empêcher les oscillations propres de l'équipage ; l'amo^ nt critifiue con\ient le mieux dans cette circonstanc . ..L l.inte, l'hystérésis et les courants de Foucault lUaniMiiètre doivent naturellement être assez faibles pourn^ isà* intuvluire de perturbations dans le cour.int étudié.

l V dispositif ci-après a été emplo\ é par l'auteur pour enr

• vxtivr la courbe de courant d'un alternateur tournant, sa

Mv\»H d'utilisation, d'un mouvement très lent, entretenu parufl

III itovn électrique qui agissait par l'intermédiaire d'un mcoj

*^>im' letardateur ('). L'induit de la génératrice était relié à uni

\ ,»m>»nttre, du genre des appareils Deprez et d'Arsonval»!

dv»nt le champ était produit par un électro-aimant puissanul

4i FAct^mit dt Belgique ; i88S.

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES. 595

5es polaires de celui-ci étaient constituées par deux

places de fer parallèles et rapprochées, entre lesquelles

oscillait une petite bobine fjalvanométrique très" légère portant un miroir. La suspension métallique de cet équipag était réglée de manière que la période d'oscillation du systèn mobile en circuit ouvert ne dépassât pas la vingtième part de la jiériode de la force électromotrice de la machine. Dai! ces conditions, les <léviations n'étaientpassensiblcnient altérée par les réactions propres de l'appareil. Un shunt rendait dernier apériodic]ue. Les déplacements du miroir, inscril par le procédé photographique de l'auteur, chap. II, donnaic directement la courbe cherchée.

4) M. Duddell a modifié l'oscillographe précédent en M de l'application aux courants alternatil's de fréquence usuelld fig. aS^. Dans ce but, il a remplacé la bobine galvanométrigt par deux bandes métalliques, tendues parallèlement dan l'entrefer d'un électro-aimant et traversées en sens invers< par le courant à enregistrer, de manière à être soumises des efforts transversaux contraires. Un miroir fixé aux ban(I< accuse leurs mouvements par ses déviations. Bandes et miro^ sont noyés dans l'huile de ricin, qui amortit les oscillatioE propres, dont la période n'excède pas i iO(Xx>' de second dans certains vibrateurs.

^-^^-l--mW^.,,s^^-^-^yj,

Fig. z85.

La fig. 2S5 montre le dispositif utilisé pour réaliser un point! lumineux net, malgré les petites dimensions du miroir. Duj système optique CCJ, disposé devant une lampe à arcA.J émane un faisceau de lumière parallèle, dont les rayons horizontaux passant à travers la fente étroite d'un diaphragme SI sont concentrés, après réflexion sur le miroir plan M du vibr»*j

ALTERNATEUKS ET MOTEURS SYNCHRONES.

teur, par une lentille cylindrique r, de manière à donner sur un écran vertical un pnint J\ très brillant.

Avec l'arranf^ement indiqué jusqu'ici, un courant alternatif produirait sur l'écran un trait lumineux de longueur correspondant à l'amplitude destin intensité. Pour l'enregistrement du phénomène périodique à examiner, il est nécessaire de communiquer, en outre, au faisceau réfléchi un second mouvement, normal au premier et proportionnel au temps. A cette fin, on dévie ce faisceau vers le haut à l'aide d'un miroir M' oscillant continuellement grâce à un moteur synchrone alimenté par l'alternateur qui lournit le murant étudié et interrompant la lumière inciilente pendant les courses de retour du miroir adilitionnel. Avec le vibratcur au repos et le miroir M' en marche, le point lumineux tracerait ainsi sur l'écran, placé horizontalement, une droite perpendiculaire à celle due à la cause précédente et de longueur en rapport avec la périi^de du courant. Le déplacement simultané des deux miroirs M et M' décrit sur l'écran une succession de courbes, visibles grâce à la persistance des impressions sur la rétine.

Souvent l'oscillographe comporte deux vibrateurs, remplissant l'un le rôle d'ampèremètre et l'autre celui de voltmètre, et dont les miroirs reçoivent, à travers deux fentes parallèles du diaphragme, tles faisceaux réfléchis ensemble sur l'écran, où ils dessinent deux courbes montrant leur déphasage relatif. S' l'on ajoute, entre les miroirs vibrants, un miroir fixe frappé par un troisième faisceau lumineux, on peut obtenir, par le jeu du miroir oscillant, l'axe des abscisses du diagramme.

En remplaçant l'écran par une plaque photographique, il est possible de conserver une image durable du tracé.

5) M. Blondel a réalisé également un oscillographe convenant à l'enregistrement des courants alternatifs industriels, au moyen d'un dispositif à fer mobile, fig. 286. Une bande ttL d'acier p, de 0,2 mm d'épaisseur et o,5 mm de largeur, est i^tcndue, par une vis à molette de réglage, entre les épanouissements polaires EE, en forme de lames, d'un puissant aimant N S. Les bobines B B, parcourues par le courant à relever,

ïissent en tordant la bande. Grâce à l'intensité du champ

CH.\prrRE xxxn.

directeur et à la forte tension de la bande, la période de vibration de celle-ci peut varier entre l'Sax)' et iSooocy de seconde. La bande est logée dans un tube en verre rempli d'huile de ricin, qui assure un amortissement proche de la valeur critique.

Les fig. 287 et 2S8 sont des vues de l'extérieur et de l'intérieur d'un oscillographe Blondcl double. On voit le miroir oscillant, conduit par un petit moteur synchrone et renvoyant les faisceaux lumineux qui ont frappé les vibrateurs sur une glace

dépolie ou une plaque sensible, encastrée dans la partie supérieure de la boîte. En cas de photographie, un obturateur permet d'intercepter la lumière de manière à limiter l'enregistrement à une seule période.

LTERNATEURS ET MC

IRONES.

6) M. Abraham a fait remarquer que, si le couple amortisseur et le couple directeur étaient négligeables devant le couple d'inertie, l'équation du mouvement d'un galvanomètre deviendrait

et l'on pourrait obtenir la proportionnalité entre la déviation tCtle courant cherché en faisant passer dans l'appareil, non ce courant / lui-même, mais un courant i' dû à deux inductions successives et qui, avec <les circuits de seil-induction minime, serait sensiblement proportionnel à d'ijdt-. On aurait alors, en eflet,

dfi dir

Fig. 288.

Comme il est difficile de rendre le couple amortisseur et le couple directeur net,'ligeables, M. Abraham, en collaboration avec M. Carpentier, a combiné un oscillographe traversé I» par le courant induit de second ordre ci-dessus, qui correspond au couple d'inertie, 2" par une fraction du courant

6oo

induit (le premier ordre, qui donne un terme en di^dt répoij dant au couple amortisseur, et 3" par une dérivation du couraii principal, pour tenir compte du couple directeur. Dans ces conditions, la déNnation reste bien proportionnelle au cov étudié.

7) L'auteur a suggéré le dispositif d'enregistrement suivant. Une bande circulaire d'acier est animée d'un mouvement rotat par un moteur synchrone, dérivé sur le générateur débitant 1 courant périodique à relever, pendant qu'un électro-aiman dont les pôles embrassent la bande, est traversé par ce ce rant. L'acier prend ainsi îles aimantations transversales rapport avec les valeurs momentanées île celui-ci. On a se de limiter la force magnétisante de façon à conserver ser blement la proportionnalité entre l'aimantation et le couraji On peut d'ailleurs, avec un courant continu connu, donner un aimantation initiale ser\"ant de contrôle et qui est alterna^ vement accrue et diminuée par le courant examiné. Quand fait ensuite repasser la bande, aussi lentement cjue possibl devant une aiguille aimantée amortie, les déviations de cet dernière permettent de juger de l'intensité du coiu-ant excit teur à chaque instant d'une période.

8) M. Braun a tiré parti, pour l'enregistrement, <!e l'efl des champs magnétiques sur les rayons cathodiques. Le ce rant alternatif étudié, en passant dans une bobine approprié agit sur un faisceau cathodique, qui laisse alors vme trac linéaire sur un écran fluorescent. La reproduction d'ondes dé^ courant peut s'obtenir par des combinaisons «le mouvements analogues à celles usitées dans les oscillographes.

Analyse expérimentale des harmoniques des grandeurs électriques périodiques. — Fourrier a montré d'une manièj générale que toute fonction périodique du temps peut se metC sous la forme d'une constante suivie d'une somme de soldes dont les fréquences croissent comme les nombr naturels :

f(t) = A^ -h .\, sin (,at — 'f ,) + A. sin (2 a/ — ç.) + . . ... + .\n sin (m at — fu).

ALTERNATEmS ET MOTEURS SYNCHRONES.

6of

Le premier terme sinusoïdal porte le nom d'harmonique i ou fondamental. Les harmonicjues 2, 3, ... sont dits d'ordre supérieur.

La série ci-dessus peut être simplifiée quand il s'agit des tensions et courants dus à des alternateurs. La disposition symétrique des ondes résultantes pa." rapport â l'axe des temps rend alors le terme constant nul et leur identité au signe près fait disparaître les harmoniques pairs, qui ne changeraient pas de signe par la substitution de / + r/a à /. Dans ce cas, on peut ilonc écrire

/{t) = Aj sin (at - ^,) + Aa sin (3 at - f,) +

^f Si les ondes sont de plus symétriques par rapport aux ordonnées menées aux quarts de période, il faut que tous les harmoniques restants offrent cette même symétrie, en présentant, par suite, une \ ;ileur nulle jiuur / o et une vî\leur Hpnaxima ou minima pour l iij2a. On sait que l'hystérésis ^délorme les courbes de courant à ce point de vue. ^ Les harmoniques supérieurs des courbes de force électro- ^pnotrice des alternateurs tiennent particulièrement au mode de distribution du flux magnétique dans l'entrefer et aux dents de l'induit. On les réduit en augmentant le nombre de celles-ci ^eten profdant convenablement les jjièces polaires En généra!, ^■es harmoniques ont d'autant moins d'influence que leur ordre ^est plus élevé, à moins que n'interviennent des phénomènes ^de résonance qui les afléctcnt spécialement, ^f Divers procédés graphiques ont été proposés pour séparer les harmoniques en décomposant en ses éléments une courbe tracée par points suivant le procédé de M. Joubert ou obtenue directement à l'aide d'un oscillographe. Sauf dans certains cas simples, ces constructions sont peu exactes, parce (|ue les ondulations superposées à l'harmonique fondamental sont trop peu accusées. Il existe aussi des méthodes purement analytiques, mais elles sont ordinairement longues et d'application peu commode.

Le moyen le plus sûr, indiqué par M. Pupin, est la mise en

évidence des différents harmoniques par voie expérimentale, grâce aux jihénonièncs tle résonance.

Supposons qu'on relie aux deux points soumis à la différence de potentiel alternative complexe à analyser un ampèremètre en série avec un condensateur de capacité C et une self-induction C varialile. A défaut d'étalon de self-induction réglable, chap. IV, on peut utiliser des rouleaux de fil, dont on modifie les positions relatives. En appelant R la résistance du circuit ainsi ajouté et E„ l'anaplitude de l'harmonique de tension de rang h, l'intensité maxima du courant correspondant est

L'ampèremètre marque le courant efficace global, égal à la racine carrée de la somme des carrés des courants efficaces composants tels que I« V^ • Mais, si l'on ajuste la self-induction, au moment où la condition

«»fl»J(?C =

est satisfaite, le courant d'ordre n prédomine, en atteignant une valeur efficace maxima

RV'-'

*iuc' l'ampèremètre accuse et mesure sensiblement. Un maximum semblable peut être provoqué pour chaque harmonique par le réglage de X'.

L'essai gagne en netteté si, au lieu de se servir d'un ampèremètre, on dérive sur le condensateur un électromètre de capacité négligeable. Au moment de la résonance, la tension efficace aux bornes du condensateur devient approximativement

; = Il a — •

On voit qu'elle croit avec la constante de temps iT, R. On ne peut pas remplacer l'électromètre par un voltmètre électrody-

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES.

namique ou thermique, à moins que la résistance de cet appareil ne soit suffisante pour éviter une. perturbation appréciable dans le résultat. Il convient de prendre des précautions pour soustraire à des surtensions dangereuses le condensateur, qui doit être prévu pour des voltages assez élevés.

Fig. 289.

Fig. 290.

La méthode considérée permet de déterminer par l'équation (i) l'ordre des harmoniques de la différence de potentiel étudiée et d'apprécier leur amplitude par l'équation .(2) ou (3), mais elle ne renseigne pas leurs déphasages relatifs, dont la connaissance est nécessaire dans le cas d'ondes complexes non symétriques par rapport aux ordonnées correspondant aux quarts de période.

On peut arriver à préciser la phase de chaque harmonique, tout en rendant l'expérience plus sensible, par l'usage d'un oscillographe double, comme l'a préconisé M. Armagnat. l'n des vibrateurs, monté en voltmètre, sert à enregistrer la courbe complexe de la diflércnce de potentiel agissante. L'autre est utilisé comme ampèremètre en série avec le condensateur et la self-induction variable. En réglant cette dernière, on voit successivement s'accuser, dans le tracé du second vibrateur, les divers harmoni<]ues tlu courant, dont l'amplification est maxima et cpii sont en phase avec les harmoniques île tension qui les produisent quand la condition de résonance M*a'l*C = i est réalisée en ce qui les concerne. Si le courant est trop intense pour le circuit ampcremétrique de l'oscillographe, on peut eft'ectuer le raccordement par l'intermédiaire d'un transformateur statique à faible aimantation. Les fig. 28g et 290 représentent les harmoniques de courant d'ordre i et 5 superposés, par le procéilé ci-dessus, à la ligne cumplexe de diftérencc de potentiel.

Mesure des fréquences. — Si N désigne le nombre de tours par seconde d'un alternateur, dont l'alternateur possède 2p pôles alternativement de noms contraires, la fréquence de

la machine vaut

/ = ^ N périodes par seconde.

La vitesse de rotation peut être évaluée au moyen d'un tachymètre ou d'un compte-tours.

Les procédés suivants permettent de déterminer la fréquence sans disposer de l'alternateur.

On peut se servir d'un oscillographe ou, plus simplement, enregistrer, sur un cylindre tournant à une vitesse connue, les étincelles éclatant dans le circuit secondaire d'une bobine d'imluction, dont l'enroulement primaire est traversé par tout ou partie du courant débité par l'alternateur. Une échelle des temps peut aussi être graduée simultanément par le moyen indiiiui' à ht page 49.

Divers disposifs sont basés sur la résonance.

MM. Moller et Bedcll ont imaginé de faire passer le courant alternatif dans un til métallique, tendu entre les pôles d'un

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES.

aimant puissant et dont un cavalier mobile délimite la longueur utile. Lorsque le iléplaccment du cavalier lait correspondre la période d'oscillation du fil à celle du courant, le premier prend un mouvement vibratoire très accentué.

Comme réchauttcmcnt par effet Joule est susceptible d'altérer la périoile du fil, il \aut mieux envoyer le courant dans un électro-aimant agissant sur une bande de l'er de longueur variable. On peut arriver ainsi à une approximation de 0,2 pour roo dans l'estimation de la Iréquence.

MM. Kempf et Hartmann ont réalisé un fréquencemètre de même espèce en faisant pivoter l'électro-aimant devant une série d'anches d'acier accordées sur des périodes croissantes. Quand on arrête l'électro-aimant devant l'anche qui vibre le plus fortement, on lit sur une échelle la fréquence du courant en jeu. Par l'épanouissement des pièces polaires de l'électroaimant, il est jiossiblé d'influencer simultanément les diverses anches.

Un électro-diapason à période régablc par des poids nmliiles sur ses branches fournit également un mode de recherche commode. Pendant le passage du courant dans la bobine de l'appareil, on fait ghsser les poids, le long d'une graduation empirique, jusqu'à olitenir l'intensité de son maxima.

Certains expérimentateurs ont eu recours à la stroboscopie.

Illuminons, au moyen d'une lampe à arc alimentée par l'alternateur étudié, un ilisque blanc sur lequel est tracé un secteur noir. Faisons tourner ce disque de plus en plus vite, à l'aide d'un électromoteur à vitesse réglable. A un moment donné, le secteur se détachera nettement et paraîtra immobile dans une certaine position. Le nombre de tours du moteur jiar seconde est alors égal au nombre d'alternances ]iar seconde du courant dans l'arc, c'est-à-dire au doulile de la fréquence cherchée, Si le moteur piossédait une \itesse moitié moindre, le secteur se détacherait deux fois par révolution et on aurait l'illusion e deux secteurs immobiles. D'une manière générale, quand le nombre de tours par seconde du moteur est N et le nombre de secteurs fixes aperçus m, f - Xw; 2.

On peut aussi éclairer par la lampe à arc un disque animé

6o6 CHAPITRE xxxn.

d'une vitesse N constante et portant ip secteurs alternativement noirs et blancs. On observe, dans ce cas, une vitesse apparente répondant à l'expression 2jlp — N et dont le relevé permet le calcul de/.

La fréquence se déduit parfois de mesures éleclri«iues.

Si l'on a affaire à un réseau de distribution, par exemple, oa peut dériver sur celui-ci une résistance inductive r, C, dans laquelle on amène le courant à une intensité efficace donnée, en agissant sur une résistance additionnelle non inductive. La différence de potentiel efficace aux bornes de la résistance inductive étant alors simplement proportionnelle à \ r* + 4 n'f' C*. le voltmètre qui l'accuse peut être gradué empiriquement de façon à renseigner directement/.

M. Arno a proposé de soumettre à la difTérence de potentiel du réseau, de valeur efficace V, un condensateur, de cap.icitéC, en série avec une résistance ohmique r, qu'on règle jusqu'à ce que la chute de tension qu'y indique un électromètre soit V, i. On a alors la relation

d'où l'on tire

V3iîC(

Essais des alternateurs. Caractéristiques. — Quand un

alternateur arri\ e à la plate-fonne il'cssai, on le soumet ù une série de vérifications mécaniques, thermitiues et diélectriijucs, semblables à celles que nous avons indiquées à propos da dynamos à courant continu.

L'évaluation de réchauffement de l'induit est possible sans mettre la machine en charge. Il suffit de la faire tourner 4 vide avec l'excitation correspondant à la tension normale, de manière à provoquer dans le fer de l'armature les pertes par hystérésis et courants de Foucault, et d'envoyer en mcnie

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES.

temps dans l'induit un courant continu égal au courant efticace de régime. Pour éviter du courant alternatil" tlansle générateur qui fournit le courant auxiliaire, on s'arrange de manière que la force électromotrice résultante de l'alternateur soit nulle, par exemple en couplant les bobines induites en opposition. Dans le cas d'armatures triphasées, on peut grouper les trois enroulements en triangle et ouvrir ce dernier pour Je raccorder à la source auxiliaire. Si l'alternateur est à haute tension, il faut prendre la précaution de réunir un point ilu circuit à courant continu à la masse, pour se prémunir contre toute élévation de potentiel dangereuse.

Parmi les particularités qui se rencontrent i)arfois lors de la mise en marche des machines à courants alternatifs, signalons le ronflement qui provient spécialement de la saturation des dents de l'induit et qu'on peut atténuer entr'autres par un accroissement de l'entrefer. Si l'un constate une insuffisance marquée de force électromotrice, on recherchera s'il n'y a pas d'erreurs dans les connexions des bobines inductrices. Une chute de tension trop grande en charge peut être corrigée par une augmentation d'excitation.

Pour charger les alternateurs, on fait usage de résistances avec ou sans réactance.

Des circuits non intluctifs peuvent être constitués aisément avec des lampes à incandescence, lorsqu'il s'agit de petites génératrices à bas \'oltage. Pour les machines à tension élevée, on utilise des résistances liquides, cjui sont peu coûteuses et ne donnent pratiquement pas d'effets de capacité gênants. Si l'on dispose d'une eau courante, on peut y plonger des électrodes suspendues par des isolateurs à des poulies, de manière à permettre de régler l'immersion. En cas de courants triphasés, ces électrodes sont placées aux angles d'un triangle équilatéral. La surface de contact avec le liquide doit être suffisante pour éviter une gaine lumineuse dans les gaz entourant les plaques : il faut au moins 0,4 dcm^ par ampère. On immerge quelquefois les électrodes dans des caniveau.x où l'on ménage un renouvellement d'eau, par exemple, dans trois canaux orientés en étoile quand il s'agit de courants triphasés. On varie les résis-

tes

tances en déplatj-ant les plaques suivant les branches de î'étc On emploie aussi des caniveaux parallèles, réunis par un cnt perpendiculaire, auquel on donne une section beaucoup plus forte, pour que les résistances des diverses phases puissent* considérées comme égales.

Quand on doit soumettre les alternateurs à des charg inductives, on a recours à des électro-aimants à noyaux biles ou à des stators de moteurs asynchrones, mis en parallj ou en série avec des résistances liquides. On se sert aussi transformateurs statiques, dont on fait varier la self-inducti^ apparente en icrmant le secondaire sur des résistane réglables, On peut ainsi graduer le facteur de puissance pli maire entre 0,7 et l, cette dernière valeur correspondant court-circuit du secondaire.

Fig. 291.

La fig. 291 montre les connexions permettant le relevé lits caractéristiques d'un alternateur triphasé, attaqué par un moteur à courant continu en dérivation. Un voltmètre f*' raccordé ii deux des bornes induites de l'alternateur. ^-^ ampèremètre avec shunt est intercalé dans un des fils de lig"' aboutissant h l'induit de celui-ci. Un autre mesure le coura"' dans son inducteur. Après s'être assuré que les manivelles J^

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES.

6og

^■^tous les rhéostats de l'installation sont sur la touche », on l'erme le disjoncteur automatique à maxima du moteur et on met ^Ke dernier en marche en amenant successivement les manivelles de son rhéostat de champ R' et de son rhéostat de ^^démarragp R sur la touche de résistance nulle. ^P Pour tracer la caractéristique à circuit ouvert de l'alternateur, on varie l'excitation de celui-ci en agissant sur le rhéostat R', et l'on a soin de maintenir la vitesse constante à l'aide du rhéostat R'.

^P Si, pour une même excitation, on veut relever la force électromotrice à circuit ouvert en l'onction de la vitesse, on modifie ^^cette dernière au moyen des rhéostats R et R'. ^P La caractéristique extérieure à circuit fermé sur résistances non inductives s'obtient en faisant débiter l'alternateur sur un tableau de lampes, dont on change le nombre également dans les trois phases. On maintient, à l'^dde du rhéostat R',, l'excitation de l'alternateur à la valeur requise pour avoir à vide la tension normale a\ec la vitesse de service. En comliinant au.x lampes des résistances inductives, il est possible de déterminer des caractéristiques correspondant à des facteurs de puissance différant de l'unité. On s'aide alors d'un phase- ^«niètre pour contrôler la constance du déphasage pendant ^Boutes les observations se rapportant à une même courbe. ^H Si, lors des essais en charge, on introduit un wattmètre dans ^^e circuit d'utilisation, on peut tlresser des diagrammes montrant les variations de la puissance électricjue disponible avec le courant débité et le lacteur de puissance extérieur.

Une expérience dont l'utilité sera reconnue plus loin est le tracé de la caractéristique de courant en court-circuit. On réunit, dans ce but, les trois bornes figurées au-tlcssus du rhéostat R' et l'on note l'intensité des courants induits obtenus avec des courants inducteurs progressivement croissants. ^u lieu d'un ampéremOtre relié par des conducteurs de résistance négligeable, rrune part, à une des bornes de l'induit et, d'autre part, à l'enscmlile des deux autres bornes, on préfère souvent, pour établir le court-circuit, faire usage de trois ampèremètres, montés entr'eux en étoile, et prendre la moyenne de leurs indications.

6io

cturrruE. xxxn.

On peut encore rechercher comment le courant d'excitation, nécessaire pour maintenir aux bornes le voltage normal, déf du débit et du facteur de puissance.

Les essais effectués sur les moteurs sj-nchrones sont logues à ceux qu'on exécute sur les alternateurs générateur^ Il est utile de construire, en outre, les courbes en V de ces moteurs. A cet effet, on alimente le moteur essayé sous une tension constante et on maintient la puissance mécanique qu'il développe invariable; on observe les courants absorbés par l'induit pour diverses excitations. On répète ces mesures pour différentes charges.

Prédétermination de la chute de tension. — La détermination directe de la chute de tension d'un alternateur dans les diverses conditions de service entraîne à des expériences assez complexes, puisqu'on est obligé de faire fonctionner la machine à des puissances et avec des facteurs de puissance variés. De plus, il faut un moteur capable d'actionner l'alternateur en charge, ce qu'on ne trouve ordinairement pas dans les ateliers où l'on construit les grandes génératrices.

Il existe heureusement des procédés qui permettent de prévoir approximativement, d'après la caractéristique à circuit ouvert et la caractéristique de courant en court-circuit, la dilférence de potentiel aux bornes qu'un alternateur est susceptible de fournir en desservant un circuit extérieur donné. Les deux courbes recjuises peuvent être relevées en attaquant l'alternateur par un moteur dont la puissance ne ilêpasse pas 12 à i5 pour ICO de la puissance nominale de la génératrice. Souvent l'excitatrice de celle-ci suffit pour l'entraînement.

Désignons, d'une manière générale, par E la valeur etfica de la force électromotrice dans chacune des phases de l'indu à circuit ouvert et par I l'intensité efficace du courant da chacune d'elles quand l'armature est mise en court-circuit, caractéristique à circuit ouvert E = / (U) et la caractéristiqu de courant en court-circuit I = /' (»«) ne passent pas par l'ori ■il"- des coordonnées, fig. 292, mais coupent l'axe des courant! il 1 xi itation ie à gauche de celle-ci, s'il y a du raagnêtisn

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES.

6il

rémanent. Il ne faut généralement pas plus du tiers du courant inducteur correspondant à la force électromotrice normale à circuit ouvert pour obtenir l'intensité de pleine charge en court-circuit, mais on peut pousser sans danger, pendant quelques instants, le courant de court-circuit jusqu'à 1,5 fois cette dernière valeur.

Fîg. 392.

N'étaient les effets de saturation magnétique et de réaction d'induit, les deux courbes considérées, dont la première partie est rectiligne, resteraient droites sur toute leur étendue et le rapport E,I de leurs ordonnées en coïncidence, égal à l'impédance intérieure lia d'une phase de l'induit, présenterait la même valeur pour toutes les excitations. On pourrait alors poser Rfl -- \'R- i^ a- C-, en appelant R la résistance et JL' la self-induction constante de l'induit par phase.

Dans ces conditions, il est possible d'analyser très simplement, par la méthode vectorielle, les diverses tensions en jeu, fig. 2g3. Soit, en effet, pour un alternateur monophasé par exemple, V la différence de potentiel efticace aux bornes, en avance d'un angle ç sur le courant efficace I débité dans un circuit extérieur inductil. La chute de tension tlans la résistance R de l'induit est I R et la fliflérence de potentiel nécessaire pour vaincre la self-induction C de l'armature vaut aCl. En ajoutant géométriquement au vecteur OA de V les vecteurs AC et CB de I R et a Cl, dont le premier est parallèle et le second normal au vecteur du courant, on trouve le vecteur

I B définissant la force électromotrice, de valeur efficace E,

due au courant inducteur. Le vecteur A B représente la force électromotrice t = I V R' + «' ■<?* = I Ra capable de produire le courant I dans l'alternateur en court-circuit. Il est en avance sur le vecteur de I d'un angle a voisin de r/a, a CI étant très supérieur à IR. On a d'ailleurs a = arc tang fl i?^/R. On remarquera que l'angle O A B, égal à « + ç — a, se réduit à i: / 2 -f s, si l'on peut assimiler a à un angle droit.

Fig. 293.

Notons, en passant, que, K., ne différant guère de aC. la vitesse de rotation importe peu dans la marche en courtcircuit, attendu (juc la force électromotrice développée par le flux inducteur et la réactance aC, dont le quotient détcrmine pratiquement le courant de court-circuit, croissent tous deux proportionnellement à la vitesse.

Kn réalité, l'impédance de l'induit ne peut pas être traitée comme une quantité constante. De plus, il intervient encort', clans lo fonctionnement d'un alternateur, des iorces électromotrices supplémentaires, négligées ci-dessus et i^rovenant notamment des dispersions de flux dans l'entrefer. D'autre part, si l'on considère les flux agissants, il y a des objection? à l'emploi du calcul vectoriel, qm ne convient qu'à un milieu homogène, alors (]ue les alternateurs, avec leurs pôles distincts, s'écartent notablement de cotte condition. Dans le cas d'un milieu homogène seulement, le diagramme des tensions pfut.

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES. 6lJ

moyennant des changements d'échelle, s'appliquer aux flux correspondants et aux ampères-tours donnant naissance à ceux-ci.

Devant ces difficultés, on se contente habituellement de méthodes plus ou moins approchées. Nous indiquerons celles de M. Behn-Eschenburg et de M. Rothert, qui sont répandues dans les ateliers de construction. Il y a d'autres procédés plus détaillés, mais qui exigent des ressources expéiimentales dont on dispose rarement dans les usines et pour lesquels nous renvo3^ons à nos Leçons sur l'Electricité.

Après avoir tracé la caractéristique à circuit ouvert E =/(io) et la caractéristique de courant en court-circuit I =f(ie), M. Bchiv Eschenburg dresse la courbe R.t -^/" (/e), dont les ordonnées sont les rapports E/I des ordonnées correspondantes de ces caractéristiques. Il procède alors comme suit, dans le cas d'un alternateur monophasé par exemple, pour résoudre le problème habituel, consistant à prédéterminer la diflerence de potentiel efficace V aux bornes pour une excitation ig donnée et un courant efficace I débité dans un circuit d'utilisation dont le facteur de puissance cos » est connu. Quand il s'agit d'une

machine polyphasée, la même construction s'applique à une de ses phases.

A la suite d'une droite OA, figurant la direction du vecteur de V, menons un vecteur AB, de longueur égale à IR., et faisant avec A O l'angle t: |- » — a, où a — arc cos R/Ra, R étant la résistance de l'induit, fig. 294. La valeur à adopter pour R,, est celle correspondant au courant inducteur ie en jeu. M. Behn- Eschenburg a préconisé de prendre pour R le double de la résistance de l'armature, en vue de tenir compte de la réaction

CUAriTRE XXXH.

inductivc tics courants de Foucault provoqués par cette' nière. Si, du point B comme centre, on décrit ensuite un arc < rayon égal à la force électromotrice E développée à cii ouvert par l'excitation /„ donnée, on obtient le point O, qui limita le vecteur O A représentant la diftérence de potentiel cherchée

Le procédé ci-dessus permet aussi de trouver, par tâtonne ments, la valeur de E qui correspond à des valeurs de V, I et| déterminées. Nous avons déjà fait observer qu'il n'y a pa grande erreur à faire l'angle O AB égal à t:/2 + ç, ce qui facilii la résolution des questions.

M. Kothert opère différemment, en composant, non les| tensions, mais des courants d'excitation qui, dans une certaine mesure, leur sont proportionnels. Soit encore à prédéterminer V, connaissant E, I et ». Sur une droite faisant avec une autre AO l'angle rj2 + f, fig. 295, portons en A B le courant d'exci-

tation / qui, sur la caractéristique de courant en court-circuit, correspond au courant induit I imposé. Du point B, traçons ensuite un arc de rayon égal au courant d'excitation /' se rapportant, sur la caractéristique à circuit ouvert, à la force électromotrice E donnée. Nous délimitons ainsi un courant d'excitation i" = OA qui, sur la caractéristique à circuit ouvert, conduit à une ordonnée mesurant V. Ce diagrajnnu^ revient à considérer le flux effectif dans l'annature comme b résultante du flux inducteur et d'un flux de réaction d'induit- En somme, M. Behn-Eschenburg résume les phénomènes internes de l'armature dans une impédance, tandis qu* M. Rothert y substitue une réaction magnétique. La première méthode a une tendance à exagérer le courant inducteur, d'autant plus accusée qu'il s'agit de machines plus saturées.

rNCHRONES.

Avec les fortes saturations, actuellement assez recherchées pour réduire la chute de tension en charge, le second procédé, qui présente le défaut inverse, donne des indications plus exactes. Pour les alternateurs à aimantation modérée, on peut adopter la moyenne des résultats fournis par les deux systèmes, à moins d'avoir les moyens de pousser l'approximation plus loin grâce aux méthodes plus précises auxquelles il a été fait allusion plus haut.

Mesure du rendement. Procédé électromécanique direct.

— La détermination du rendement d'un alternateur peut s'effectuer directement en évaluant, par l'un des moyens signalés précédemment, la puissance mécanique absorbée par l'arbre, tandis que la puissance électrique aux bornes de l'induit est estimée par l'une des méthodes convenant aux courants alternatifs. A moins de convention contraire, on fait fonctionner la machine dans des conditions de coïncidence entre les phases du courant et de la différence de potentiel fournis au circuit extérieur desservi. Quand on considère l'alternateur isolément, il sutfit de tenir en outre compte de la dépense par effet Joule dans son enroulement inducteur, mais, si l'on cherche l'effet utile de l'ensemble de l'alternateur et de l'excitatrice, il faut encore faire inter\'enir les pertes de cette dernière.

I Le procédé indiqué nécessite souvent des moteurs plus puissants que ceux dont les ateliers de construction disposent. En outre, l'incertitude ilu rendement organiijue de la machine motrice constitue généralement une cause d'erreur importante. Pour ces raisons, on préfère, comme pour les dynamos à courant continu, les méthodes supprimant les mesures mécaniques ou restreignant considérablement la portée de leur inexactitude, tout en n'exigeant que des moteurs de puissance beaucoup plus faible que celle des alternateurs à examiner. L'essai direct d'un groupe électrogène est toutefois le seul qui renseigne complètement sur les qualités mécaniques, sur les frottements amenés par les courroies et sur l'importance réelle des pertes

^électromagnétiques en charge.

Emploi d'alternateurs couplés. — Lorsqu'on dispose de

lieux alternateurs identiques, il est possible de faire toumeii l'un comme moteur pour entraîner l'autre jouant le rôle de générateur. On règle les machines de manière que la moyenne^ de leurs puissances corresponde au régime nominal. Le rendement de chacune d'elles est alors sensiblement égal à la racine carrée du rapport de la puissance débitée par le générateur ; la puissance absorbée par le moteur et les deux excitations.

Ce procédé réclame une source auxiliaire de courant alternatif importante, à moins de relier les circuits induits enlr'eun de laçon que le générateur envoie son débit dans le moteurJ auquel cas il suffit de fournir à l'ensemble une puissance élec^ trique équivalente aux pertes totales du système.

On peut aussi avoir recours à un électromoteur taré pour entretenir mécani<iuement le mouvement des deux machines solidarisées par leurs arbres et associées par leurs armatures.^ Quand ces dernières présentent à leurs bornes communes la tension normale et sont traversées par le courant de pleine charge, relevons la dépense îl- dans les inducteurs et la puis sance eflective p développée par le moteur auxiliaire. Si \V estj la puissance électrique nominale des alternateurs étudiés, le rendement de ceux-ci vaut très approximativement

Le couplage électrique et mécanique, qui, avec un manchon à calage réglable, permet de \arier les relations cle phase de deux machines, donne lieu à des distorsions de flux différente dans celles-ci et, partant, à des déchets par hystérésis et cou rants de Foucault inégaux, ce qui tend à fausser les résultatsJ

On a essayé d'en étendre le principe à un alternateur unique conduit par un moteur taré, en partageant les bobines induite en deux groupes dissemblables, qu'on oppose l'un à l'autre, dJ manière à obtenir la circulation locale du courant normafi mesuré par un ampèremètre. L'une des parties de l'arniatuf fonctionne ainsi comme génératrice et l'autre lui oppose un force contre-électromotrice, à la façon d'un alternomoteii Cette combinaison, qui exige des connexions assez complî?

quées avec les machines polyphasées, a l'inconvénient de ^■conduire à des déformations de flux anormales.

^m Méthodes indirectes par évaluation des pertes. — Le

^^enllement d'une machine alternative étant t-gal au i]uotient de la puissance disponible par cette même quantité additionnée des diverses pertes intérieures, il est possible de le calculer quand on connaît ces dernières.

Les déchets J et J' par eftet Joule dans l'induit et dans l'inducteur se déduisent de la résistance à chaud de ces organes et Ïe l'intensité de leurs courants de réf^ime. La somme des pertes F par frottements, H par hystérésis et '■ par courants de Foucault s'estime ordinairement en entraînant l'alternateur par un électromotcur taré, son excitation J, étant réglée de manière à donner, à circuit extérieur ouvert et jiPavec la vitesse normale, une tension efficace aux bornes mesurée par la résultante vectorielle de la difterence de potentiel de service et de la chute ohmique de pleine charge. L'excitatrice est souvent utilisée comme moteur à courant continu tlans cet essai.

tOn peut aussi trouver approximativement les déchets •' -f H -j- C en faisant fonctionner la machine comme moteur 3'nchrone à vide, avec l'excitation ajustée de façon à réduire le courant dans l'induit au minimum, et en mesurant au wattmètre la puissance prise par l'armature, mais ce procédé est susceptible d'erreurs plus fortes tjuc le précédent, ^fe On sait que les pertes tirées d'une marche sans charge ne correspondent pas tout à fait aux pertes en charge, parce que,

Idans ces dernières conditions, les distorsions de flux aggravent les déchets par hystérésis et courants de Foucault, en même lemps que les frottements sont accrus. On a constaté, pour de ponibreuses machines, un écart voisin de lo pour loo. I C'est pourquoi l'on procède parfois â un essai supplémentaire pn court-circuit, où le moteur taré fait tourner l'alternateur dont les bornes induites sont directement réunies par un ou

P plusieurs ampèremètres, comme on l'a vu à propos des caracléristiques, et dont l'inducteur reçoit le faible courant nécessaire pour l'obtention du débit normal. La puissance effective

du moteur auxiliaire représente alors, outre les frottement qu'on peut soustraire en les déterminant séparément, l'efl Joule J dans l'induit, ainsi que les pertes H' -f C' par hys6 résis et courants parasites, dues, pour une minime part, courant il'excitation et, en majeure partie, au flux dévelopj par l'armature. La pratique montre que, si W désigne puissance électrique nominale de l'alternateur, le rendement cherché vaut sensiblement

Aux alternateurs peut encore s'étendre la méthode de raie tissement, dont on a étudié plus haut l'application aux dynS mos à courant continu et qui se prête, comme pour celles-* commodément à la séparation des divers genres de perte autres que l'effet Joule, dont ils sont le siège. '

11 va lie soi que, par tous ces procédés, il est possible de re<hcrcher le rendement correspondant à n'importe quelle charge.

Hssais des commutatrices. — Les commutatrices se con portant, à certains égards, comme des moteurs synchrone ou peut les soumettre aux essais généraux convenant à ceu.x-ct| en remarquant que, si on leur fait débiter du courant continu, In rraition d'induit devient très faible. II convient, entr'autre»», do tracer les courbes en V, afin de déterminer l'excitation II plu» favorable, avec laquelle doit s'opérer la mesure du rende luont. Il convient d'utiliser dans les expériences les courant! d'alimentation de service, car ia présence de certains harmo-J utques produit parfois des perturbations.

Les pertes par frottements, hystérésis et courants de Fou-j v«ull (l'une commutatrice peuvent être évaluées en entrainanlj lit miu'hinc à vide par un électromoteur taré, dans les condilUtiitt lie vitesse et de flux voulues.

{.v déchet par effet Joule dans l'tnduit est de la forme Kn', I ^ dt^tiiuant le courant continu retiré de l'annature, rlarcsis-j \iHUi' do celle-ci prise du côté du collecteur à lames et K uttl (iW'IVWr ^gal à Ii37 avec des courants d'alimentation mono

ALTERNATEURS ET MOTEURS SYNCHRONES.

6lQ

pnasés, o,56 avec des courants triphasés, 0,37 avec des courants

tétraphasés et 0,26 avec des courants hexap^hasés. I L'effet Joule dans l'inducteur s'obtient de la façon ordinaire. Si l'on dispose de deux machines identiques, il est possible

de les relier cntr'elles par leurs bagues, pour trouver le rendement (■en faisant fonctionner l'une comme convertisseur de courant [continu en courants alternatifs et l'autre comme convertisseur

de courants alternatifs en courant continu, et en relevant la , puissance électrique fournie à la première, ainsi que celle [restituée par la seconde.

La fig. 296 donne le schéma d'une installation appropriée à [l'étude de deux commutatrices.

Fig. 296.

Voici, par exemple, les manœuvres à exécuter pour activer, .par le courant continu d'un générateur indépendant, la machine de gauche, transmettre les courants triphasés qu'elle produit, à travers une ligne inductive artificielle, à la machine de droite et utiliser le courant continu fourni par cette dernière dans un tableau de lampes. Toutes les clefs étant ouvertes et les manivelles de tous les rhéostats occupant la position de résistance infinie, on abaisse le commutateur bipolaire à deux directions |de gauche et l'on amène, l'une après l'autre, sur la touche de résistance nulle, les manivelles du rhéostat d'excitation R' et du rhéostat de démarrage R. On agit de même sur le commu-

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MOTEURS ASYNCHRONES.

Généralités. — Lorsqu'un moteur d'induction arrive à la plate-forme d'essai, on le soumet à des vérifications mécaniques, thermiques et électriques analogues à celles dont il a été question à propos des autres types de machines.

La mesure des résistances du stator et du rotor peut déceler certaines erreurs dans les connexions. Ce serait le cas si les %'aleurs trouvées pour les diverses phases étaient manifestement inégales. Avec les systèmes triphasés, on déduit la résistance individuelle de chacun des trois enroulements groupés en triangle ou en étoile de trois expériences donnant les résistances combinées entre les bornes extérieures prises deux à deux.

Parmi les renseignements pratiques reportés à la fin de ce volume, dans un tableau, qui s'étend d'ailleurs aux diverses espèces de machines électriques, sont signalés les principauxdéfauts que peut révéler la mise en marche d'un moteur d'induction et examinées les causes susceptibles de les provoquer, ainsi que les particularités par lesquelles ils se manifestent.

Mesure du glissement. — Le glissement s d'un moteur asynchrone s'exprime, en fonction du nombre de tours par

minute Nj correspondant au synchronisme et du nombre de rcvdlutions par minute N« qu'accomplit le rotor, par la formule (N, — N'ïJ Ni, ou, en pour cent, par ioo(Ni — N.) N'i. Di 6 à 7 pour ICO dans les petits moteurs, il descend, en plei charge, jusque 2 pour 100 dans les grands.

i) On peut estimer le glissement en déterminant la vitesi du rotor à vide, qui est sensiblement celle du synchronisme, sa vitesse en charge. II faut avoir soin de ne pas appuyer compte-tours au point d'augmenter d'une manière apprécia le frottement dans les paliers. Cette méthode est peu exact car de petites erreurs de sens contraires sur N, et N. amèm une différence considérable dans le numérateur N| — Nt

2) Il est préférable de relever directement l'excès Ni — Ni qui est proportionnel à la fréquence du courant dans l'indui

Si l'on intercale dans le circuit du rotor un ampèremèti électromagnétique du genre Weston, ou si l'on dérive millivoltmétre du même type sur deux des frotteurs reliés ai rhéostat de démarrage, on compte aisément, avec les moteurs puissants, le nombre » d'excursions que l'aiguille cffect par minute du même côté du zéro et, en appelant 2p nombre de pôles ou de champs tournants du moteur, on Ni — N4 = Hjp. Au besoin, on peut se contenter d'approcher une aiguille aimantée d'un des câbles de raccordement du démarreur.

Un téléphone peut aussi être connecté à quelques spin entourant un conducteur traversé par le courant du rotor, Si m' est le nombre de maxima par minute des sons téléphoniques. Ni — N. = h'/s/". I

3) Ces derniers procédés deviennent difficilement praticabli avec les forts glissements et ne peuvent pas être appliqués» rotors en cage d'écureuil. Il est avantageux de recourir J.i ces cas à la stroboscopié.

Fixons à une extrémité de l'arbre du moteur un disque h présentant autant de secteurs noirs équidistants que la machiin a de pôles. Eclairons-le par une lampe à incandescence oi mieux par une lampe à arc alimentée par le même alternatei que le moteur. Nous constaterons tjuc le disque semble

ars uoH

ler

:tlanC|

MOTEURS ASYNCHRONES.

tourner par rapport à un repère fixe, en sens inverse du moteur, avec une vitesse proportionnelle à Ni — N».

Mesure du rendement. Méthode directe. — Le rendement d'un moteur asynchrone s'obtient directement en déterminant par la méthode du wattmètre la puissance électrique absorliée, tandis que la puissance mécanique développée est évaluée au i'rein ou en entraînant une dynamo de rendement connu. Il est utile d'estimer en même temps le facteur de puissance, qui joue un rôle important dans les applications.

La fig. 297 montre les connexions qui peuvent être adoptées

pour l'essai d'un moteur d'induction triphasé, pourvu d'un frein et alimenté par un alternateur, que meut un moteur à courant continu excité en dérivation.

Les manivelles de tous les rhéostats étant sur les touches de résistance infinie, pour mettre l'installation en marche, on ferme le disjoncteur automatique à raaxima du circuit d'alimentation à courant continu ; on supprime, l'une après l'autre, la résistance du rhéostat d'excitation R' ilu moteur continu et celle de son rhéostat de démarrage R; on règle, à l'aide du

rhéostat Ri, l'excitation de l'alternateur; on ferme l'interrupteur commandant le moteur d'imluction et on amène progressivement la manivelle du démarreur R- de ce dernier à h position de résistance nulle. Pour l'arrêt, les manœuvres se font dans l'ordre inverse. Dans les expériences, la vitesse de l'alternateur est maintenue constante au moyen du rhéostat R' et la tension aux bornes du moteur asynchrone est rendue invariable grâce au rhéostat Rj.

La disposition indiciuée permet d'étudier les variations du rendement, du facteur de puissance, du couple efiectif et du glissement ilu moteur asynchrone avec la puissance utile relevée au frein. De ces mesures, on déduit la relation entre le couple et la vitesse, et, en laissant en service des fractions variées du rhéostat R», il est possible de trouver l'influence de la résistance du circuit induit sur le couple et la vitesse.

Le tableau relatif aux expériences porte, en tète, la date, la température ambiante, le n" et les données du moteur examiné, ainsi que les constantes du frein ; dans des colonnes successives, viennent ensuite les n»' d'ordre des observations, les lectures au voltmètre, à l'ampèremètre et au wattmètre, la vitesse, le coujile, la puissance mécanique, le rendement, le facteur de puissance et le glissement; enfin, dans une colonne de remarques, on inscrit les renseignements spéciaux, entr'autres, les courants de démarrage correspondant à des couples résistants déterminés.

Il est utile de mettre les résultats sous forme de courbes, qui aflcctcnt l'allure de celles de la fig. 298.

Voici, à titre d'exemple, les détails d'un essai de rendement efit'ctué sur un moteur triphasé de il chevaux eft'cctifs et ifoo tours par minute, alimente sous 240 volts efticaces aux bornes du stator.

Dans une première expérience, on a mesuré la puissance électrique absorbée par le moteur tournant à vide. Le wattmètre, employé d'après la méthode signalée ii la paye 345, a donné les indications suivantes :

1'"'= lecture 2^' lecture

ii.S - 1.2

MOTEURS ASYNCHRONES.

En multipliant la somme algébrique il,6 — 1,2 des deux lectures moyennes par le facteur de réduction de l'instrument, on obtient 733 watts.

Puissante utile

Fig. 298.

Le moteur ayant été ensuite accouplé à une génératrice continue, on a relevé sa consommation lorsque celle-ci était chargée de manière à lui faire produire sensiblement sa puissance mécanique nominale. Le wattmètre marquait alors !'« lecture 2* lecture