CHAPITRE XXX

346. Machine Gramme . — Organes essentiels. — L'organe principal de la machine est une bobine formée d'une série de boucles B toutes enroulées dans le même sens et entourant complètement un anneau de fer doux A [fig. 278). Chaque boucle communique à la suivante par l'intermédiaire d'une lame conductrice ou touche appliquée sur un cylindre isolé

concentrique à l'anneau, faisant corps avec lui et qu'on appelle le collecteur. Le circuit des boucles est ainsi fermé sur lui-même; si on mettait en communication avec les pôles d'une pile deux touches quelconques diamétralement opposées, le courant se diviserait également entre les deux moitiés de l'anneau, et le noyau de fer doux s'aimanterait de manière à avoir ses deux pôles, l'un à l'entrée, l'autre à la sortie du courant. Chacune des boucles peut d'ailleurs être composée de plusieurs spires. L'anneau est placé entre les pôles d'un aimant ou d'un électro-aimant en fer à cheval et mis par un mécanisme quelconque en mouvement de rotation uniforme [fig. 279). Deux balais c,d, appuient sur le collecteur aux extrémités d'un diamètre sensiblement perpendiculaire à la ligne des pôles de l'aimant et recueillent les courants produits dans l'anneau; ce sont les pôles de la machine.

Sans l'anneau de fer doux, le champ compris entre les bran-

Fig. 278.

MACIlINlilS A COUKAiNTS CONTINUS.

ches de l'aimant, ou plutôt les pièces polaires c,d, de fer doux qui y sont rattachées, serait sensiblement uniforme; l'anneau prenant par influence des pôles de noms contraires à ceux qui leur font face, absorbe les lignes de force qui en émanent,

Fig. 279.

Fig. 280.

les conduit dans sa masse, de sorte qu'un très petit nombre seulement traversent le vide intérieur de l'anneau (/?^. 280). Il en résulte que dans le mouvement des boucles il n'y a de flux coupé que par la partie de chaque spire qui garnit l'anneau extérieurement. D'ailleurs il est indifférent pour l'explication du jeu de la machine que le noyau de fer doux reste immobile et qu'on fasse seulement glisser» tout autour l'ensemble des boucles; ou que le noyau tourne lui-même en entraînant les boucles ; les pôles se déplacent alors dans l'anneau en gardant une situation fixe dans l'espace. Dans ce dernier cas qui est celui de la pratique, il est important, pour éviter la production dans la masse de l'anneau des courants induits, dits courants de Foucault (283), de le former de spires de fil de fer ou de lames minces juxtaposées, les spires ou les lames étant isolées les unes des autres et ayant leurs plans perpendiculaires à l'axe de l'anneau, autrement dit au plan des spires.

La forme générale de l'anneau est ordinairement celle d'un cylindre creux.

347. Jeu delà machine. — Considérons d'abord une boucle unique et supposons qu'on lui fasse faire un tour complet. Pour se rendre compte des effets d'induction produits sur la boucle on peut considérer les variations du flux qui traverse sa surface ou le flux coupé à chaque instant par les difl'érents éléments du contour (234). Dans la première manière de voir, en A et en B le plan de la boucle est perpendiculaire au flux, mais en passant par AGB de la première position à la seconde, la boucle tourne de i8o°. Si on désigne par Q^ le flux total qui traverse l'anneau en se partageant entre les deux moitiés, la variation du flux dans la boucle est précisément égale à Qrt. Une variation égale et de signe contraire se produit dans la boucle dans la seconde partie de son parcours de B en A par D.

Dans la seconde manière, il est facile de voir qu'il n'y a de flux coupé que par la portion de la spire qui recouvre l'anneau extérieurement. La force électromotrice d'induction est nulle en A, va en croissant de A en C, puis en décroissant de G en B. En B elle devient nulle, change de signe, et repasse ensuite par la même série de valeurs, mais changées de signe, dans la seconde partie du parcours de B en A.

Le sens de la force électromotrice dans la boucle est donc

de sens inverse de part et d'autre du diamètre vertical.

Dans les conditions de la figure où les lignes du champ vont de gauche à droite, et où le mouvement de la boucle se fait dans le sens des aiguilles d'une montre, le courant va d'avant en arrière du tableau dans la partie extérieure de la spire pendant le trajet BDA et d'arrière en avant dans le trajet AGB. La force électromotrice en chaque point du parcours est représentée par une courbe telle que ABA [fig. 281).

MAGIIINKS A COUHANTS CONTINUS. 36o

Considérons maintenant, à un instant donné, l'ensemblo des boucles en mouvement : toutes celles qui sont h gauche du diamètre AB sont le siège de forces électromolrices de même sens, agissant par exemple, par suite du sons de l'enroulement, pour faire courir le courant dans les spires de B vers A; et, comme toutes les boucles communiquent entre elles, ces forces électromotrices ajoutent leurs effets et tendent à produire un courant de B vers A ; toutes celles qui sont à droite du diamètre AB sont également le siège de forces électromolrices de même sens : ce sens relativement à chaque boucle est inverse du premier, mais comme celle-ci présente maintenant vers le bas la partie tournée antérieurement vers le haut, le sens des forces électromotrices tend encore à faire aller le courant de B vers A, et ce courant est évidemment égal au premier.

Les deux balais mettant les points A et B en communication avec le circuit extérieur, celui-ci sera parcouru par un courant continu de A vers B et égal à la somme des courants que parcourent les deux moitiés de l'anneau. Le cas est le même que celui d'une pile dont les éléments seraient montés en deux séries égales et parallèles {fig. 282); pour rendre l'analogie complète, il faudrait supposer que la force électromotrice des Fig. 282. éléments décroit sym-étriquementdans

chaque série depuis le miUeu, où elle est maximum, jusqu'aux extrémités, où elle est nulle.

348. Variations du courant. — Le courant est continu, mais il n'est pas rigoureusement uniforme. Un balai est alternativement en contact avec une touche unique ou avec deux ; dans ce dernier cas une des touches est fermée en court circuit et distraite de l'ensemble. De là des variations périodiques de la résistance et par suite de l'intensité. La courbe

figurative du courant en fonction du temps, au lieu d'être une droite parallèle à l'axe du temps, est une ligne dentelée, la longueur de chaque dent correspondant au temps nécessaire pour qu'une touche se substitue à la précédente,

La dentelure sera d'autant moins accusée et le courant se rapprochera d'autant plus de l'uniformité que le nombre des éléments et par suite celui des touches sera plus considérable. 349. Déplacement des balais. — Dans l'expUcation qui précède, nous n'avons pas tenu compte d'effets secondaires, qui jouent en réalité un rôle important.

En premier lieu, le courant qui circule en sens inverse dans les deux moitiés de l'anneau lui donne une aimantation ayant pour axe le diamètre de contact des balais et par suite perpendiculaire à celle qui résulte du champ ; avec le sens du courant qui résulte des conditions de la figure et du sens

supposé de l'enroule- ^ ment, un pôle sud se dé-

veloppe en A et un pôle nord en B. Les deux aimantations se superposant, l'axe de l'aimantation résultante a une direction telle que N'S' {/îg. 283), inclinée à la direction primitive du champ d'un angle d'autant plus grand que l'intensité du courant est lignes

plus grande. Les

de force subissent une distorsion, et le diamètre correspondant à la force électromotrice nulle et aux extrémités duquel doivent être placés les balais, est transporté de AB en A'B' dans le sens du mouvement. L'angle de calage des balais est déterminé pratiquement par la condition de supprimer les étincelles. 0 Si la machine fonctionne comme réceptrice et qu'on amène

MACIIINKS A COURANTS CONTINUS. 367

par les balais un courant do môme intensité et de même sens que le précédent, rien ne sera changé dans la figure au point de vue de la distribution des lignes de force ; seulement l'anneau prendra un mouvement de sens contraire, et tournera en sens inverse des aiguilles d'une montre; les balais devront encore être placés en A'B' et par suite il aura fallu transporter le diamètre de contact de AB en A'B' en sens contraire du mouvement.

350. Pertes d'énergie. — Au moment où le balai passe d'une touche à la suivante, le courant que traversait la touche interposée s'annule et prend une valeur égale et de signe contraire; il en résulte une perte d'énergie égale à

— , / étant le coefficient de self-induction d'une boucle et I le

courant total (233); l'effet se reproduisant deux fois par tour pour chaque boucle, si on désigne par im le nombre des boucles et par n le nombre de tours par seconde, la perte est

de am/— par ioxxY einiml— ou nL— par seconde, L étant le 4 4 4

coefficient de self-induction de l'anneau entier. Cette perte est égale à celle que causerait une augmentation de résistance nh de l'anneau. Elle est proportionnelle à la vitesse, proportionnelle au nombre total des spires, mais indépendante du nombre des sections entre lesquelles elles sont distribuées. Ces changements de sens successifs du courant dans les différentes boucles ont encore pour effet de produire dans les boucles voisines des effets d'induction tendant à diminuer la force électromotrice.

Toutes ces causes et quelques autres encore qui, quoique d'importance moindre, n'en ont pas moins un effet réel, font que les lois de la machine Gramme sont beaucoup moins simples que celles de la machine idéale que nous avons considérée dans le chapitre précédent. En particulier, il n'est plus vrai que, pour une intensité donnée, la force électromotrice soit proportionnelle à la vitesse. L'application des formules

368 APPLICATIOiNS.

données pour la machine à courant uniforme ne donne le plus souvent qu'une approximation assez grossière.

351. Différents types de machines. — On construit des machines Gramme de toute force et de toute dimension suivant la puissance qu'on veut développer et les conditions d'utilisation de cette puissance. L'industrie fournit des machines pouvant donner depuis 200 jusqu'à 40000 watts par seconde. On a même construit des dynamos pouvant absor-

Fig. 284.

ber 3ooooo watts. Pour une même puissance, la construction de la machine différera suivant la valeur relative des deux facteurs du travail, la force électromotrice et l'intensité. Il est rare que l'on dépasse 210 volts aux bornes dans les machines destinées à l'éclairage. Pour les transmissions on va jusqu'à 2000 volts; mais il ne paraît pas qu'on puisse beaucoup dépasser cette limite dans une machine destinée à un travail journalier.

Une des formes les plus simples et les plus avantageuses de la machine Gramme est celle qui est désignée sous le nom de type supérieur [fig. 284). L'anneau tourne simplement entre les pièces polaires d'un aimant en fer à cheval. Les

noyaux sont en fonte et venus d'un même jet avec le bâti.

Une autre forme très répandue est celle qui est désignée

sous le nom de type d'atelier ifirj. 285). Les pièces polaires

sont excitées par des électro-aimants à -point?, conséquents.

L'enroulement du fil est de sens contraires sur chacune des

deux moitiés des noyaux

AA' et BB', de manière à

donner un pôle nord par

exemple en AA' et un pôle

sud enBB'.