MACHINES SIEMENS ET CONGENERES

Force électromotrice de la machine. — Machines Siemens. — Machines Edisou.

Machines Weston.

199. Force électromotrice de la machine. — On trouve , en raisonnant comme dans le cas d'une machine à induit annulaire,

n désignant le nombre total des spires enroulées sur le tambour,

K le flux de force qui traverse une de ces spires lorsque son

plan est normal & la direction du champ magnétique,

T la durée d'un tour,

Eo la force électromotrice maximum (exprimée en unités CGS

électromagnétique) qui peut être induite dans l'ensemble des

spires d'un même sens d'enroulement.

Avec l'induit en tambour, le noyau de fer doux n'empêche aucun des grands côtés du rectangle d'une spire de couper le flux de force.

La force électromotrice de la machine est ^ale à Eg. En l'exprimant en volts, on trouve

N, inverse de T, désignant le nombre des tours que l'induit fait par seconde.

200. Machines Siemens. — La figure 164 indique le mode de construction delà bobine à tambour, modifiée et perfectionnée par M. Hefner-Alteneck,qui est emptoyéedans les machines Siemens.

Deux forts tourteaux en bronze, assujettis sur l'arbre au moyen

de goupilles, forment les bases de la carcasse cylindrique ; des épaulementa réservés sur leurs bords internes servent à fixer une feuille de t6le enroulée cyUndriquement ; on obtient ainsi un Doyau métallique dont la forme générale rappelle celle d'une bobine pour fil à coudre. Un fil de fer doux est enroulé en couches superposées sur le cylindre de tôle, jusqu'à ce que l'on obtienne un diamètre égal à celui des tourteaux de bronze; ainsi se trouve constituée l'àme de l'induit. Des entailles pratiquées fi la périphérie des tourteaux de bronze servent à fixer des cales en bois, destinées & faciliter l'enroulement des fils de cuivre ; ces cales, régulièrement espacées, marquent les intervalles correspondant aux bobines partielles ; nous supposerons, pour fixer les idées, qu'elles sont au nombre de seize.

La largeur comprise entre deux cales consécutives permet de juxtaposer sur la surface du cylindre un certain nombre de spires - (huit, par exemple] de fil de cuivre isolé. La figure indique une des bobines élémentaires ainsi formée; pour l'intelligeDce des

connexions, on a supposé le collecteur rais en place sur Tarbre; dans la pratique, ce collecteur n*est placé qu'après l'enroulement complet de toutes les bobines partielles. Le collecteur contient autant de touches qu'il y a de divisions faites sur le tambour (seize, dans le cas actuel) ; chacune de ces touches porte une lamelle de cuivre. Le fil d'une bobine élémentaire part d'une des lamelles, entoure huit fois la section méridienne du cylindre (quatre spires passant à droite de l'arbre et les quatre autres à gauche), et vient se souder sur la lamelle suivante. Cette seconde lamelle sert d'origine à la seconde bobine élémentaire, analogue à la première et venant aboutir à la troisième lamelle; ainsi de suite. La huitième bobine élémentaire finit sur la neuvième lamelle ; la surface du cylindre se trouve alors entièrement recouverte de fil. Faisant faire au cylindre un demi-tour sur lui-même, on enroule huit nouvelles bobines dont la première part de la lamelle n^ 9 tandis que la dernière aboutit à la lamelle n® 1 ; cette seconde série de bobines se trouve superposée à la première.

Les connexions ainsi obtenues entre l'induit et le commutateur sont celles dont nous avons précédemment indiqué les schémas (n*» 169).

L'élément fondamental de Tinducteur est un noyau en fer forgé (fig. 465), cintré en son milieu pour laisser passer Tarma-

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Il -i

Fig. 165.

ture, dont les deux bouts sont munis d'enroulements en sens contraires pour créer un double pôle en son milieu* On juxtapose plusieurs noyaux de ce genre avant tout enroulement ; on les relie à leurs extrémités par des entretoises, après avoir eu soin d'insérer sur eux les carcasses de tôle à joues de laiton sur lesquelles sont enroulés d'avance les fils de cuivre. De cette manière, tous les noyaux juxtaposés forment un seul noyau entouré par les fils.

La figure 166 représente une machine horizontale, qui met bien en évidence la forme de l'inducteur. Le type de cette

£1g. 167. — Uschine Siemens (tvpe Terlical).

352 TnXITÉ PRATIQUE D'ÉLECTRICITÉ

roachÎDe a été adopté presque exclusivement pendant longtemps.

On a construit ensuite des machines verticales, dont le type est représenté par la Ggure 167. La forme générale de l'inducteur est restée la même que dans les machines horizontales.

Plus récemment on a adopté une autre disposition, dite type supérieur (%. 168), dans laquelle l'induit est placé en haut de

Fig. ISS, — Nocbine Siemens (type supérieur).

rapparcil. La forme de l'inducteur a été complètement modîOée; la machine est & pôles simples. Le h\\À sert de culasse & l'inducteur, lequel est formé de deux noyaux en fer, portant les enroulements et munis de pièces polaires en fonte. Le collecteur des machines Siemens est tout b fait analogue à celui des machines Gramme ; nous l'avons décrit en partant de l'induit. Quant aux ^ balais, ils sont formés (fig. 169) de larges Fig. 169. bandes de cuivre écroui, divisées longi-

tudinalemeat par des traits de scie, afin de multiplier les points de contact. Ces balais sont, comme dans loules tes dynamos à courants continus, montés sur pièces oscillantes permettant de régler l'angle de calage.

lÎACUINES A GOURANTS CONTINU? 353

Dàasles machines de grande puissance on soiide les fils à une sbrie

do collecteur très court, sur les touches duquel on visse des la'mes

en acier qui les prolongent et forment le collecteur proprement

dit dans lequel c'est l'air seul qui produit l'isolement des touches.

■201. Machines Edison. — L'induit Edison est comme l'induit Siemens, du type à tambour. Primitivement l'inventeur donnait à sa bobine totale un nombre impair de sections ; il arHvait alors que l'un des balais se trouvait en plein contact avec une toilche du collecteur, tandis que l'autre passait d'une touche à la voisine; cette disposition, peu rationnelle et qui n'olTre d'ailleurs aucun avantage, a été abandonnée ', actuellement les sections' de la bobine sont élabltes en nombre pair.

Pour constituer l'âme de l'induit, on emploie une bobine [dont la forme rappelle celle d'une bobine pour fil à coudre) ayant une joue fixe et une joue mobile ; on enfile sur cette bobine des disques de tôle d'un demi-millimètre d'épaisseur, séparés et isolés entre eux par des disques en papier, puis on rapporte ensuite la joue mobile et on serre le tout par de fortes vis ; ce noyau est alors monté sur l'arbre et tourné de manière à rendre sa surface bien cylindrique. Le bobinage se fait ensuite comme pour l'induit Siemens, au moyen d'un Ql de cuivre de section carrée recouvert d'un ruban isolant.

Le collecteur (fig. 170} est composé de lames de cuivré, séparées par des feuilles de mica. Les extrémités de ces lames sont taillées en biseau et engagées dans uQ noyau, composé de deux pièces isolées de ces lames, qui les fixe solidement. Chaque l&ïùè est munie d'une ailette de laiton, fraisée i. 'son extrémité 'pour recevoir les bouts des bobines partielles. Les' fils de fetiivre

THAirâ PRATIQUE D'ÉU«rrKICIIÉ. S3

sont ordinairement soudés daas les fraisures; quelquefois ils

soDt seulement serrés au matoir, mais on soude alors une

contre-plaque à la partie supérieure

de l'ailette.

Les balais employés par Edison sont

composés d'une série de lames de

cuivre (fig. 171) soudées entre elles siir plat à l'une de leurs extrémités; l'autre extrémité, qui doit porter sur le collecteur, est taillée en biseau.

Fig. 172. — Machine EdiBoo (modèle 1SS3).

Nous n'entreprendrons pas de décrire ici tous les systèmes de machines que le|^célèbre inventeur a imaginées et successivement construites ; plusieurs de ces machines ont donné des résultats trop médiocres pour obtenir un succès durable. Nous indiquerons seulement les machines dont l'usage s'est le plus répandu.

La figure 172 indique les dispositions adoptées depuis 1883. L'inducteur est un électro-aimant en fer à cheval muni de

HACUINBS A COURANTS CONTINUS

pièces polaires ; ces dernières sont séparées du b&li en fonte par une épaisse semelle de zinc (métal non magnétique) , afin d'empêcher le b&ti de fermer le circuit magnétique. La machine est montée sur rails, ce qui permet de régler facilement la leDsion de la courroie actionnant la poulie de l'arbre de l'induit.

Les quatre premiers exemplaires de la machine représentée par la figure 1*73, ont été installés et mis en service dans le sous-

Fig. 174. ~ Machine Edison (modtle 1S89).

sol de l'Opéra de Paris, pour l'éclairage de ce théâtre. Cette machine est à pôles conséquents ; son inducteur est constitué par deux paires d'électro-aimants dont les noyaux et les culasses sont en fer forgé tandis que les pièces polaires sont en fonte. Chacune des machines employées à l'Opéra donne 800 ampères sous 425 volts, soit une puissance de 100 000 watts par seconde; rinduit,dont le diamètre extérieur est de 0'",63, tourne àla vitesse

de 350 tours par mîQute (d'où une vitesse de 10",50 par seconde & la circonférence). On a employé 285 kilogrammes de cuivre pour l'inducteur et 190 kilogrammes pour l'induit; te poids total de la machine est d'environ 10 tonnes. Une machine à vapeur de 150 chevaux est nécessaire pour actionner une dynamo de cette puissance.

Plus récemment, le constructeur a réduit à son minimum la main-d'œuvre d'atelier, en diminuant autant que possible le nombre des pièces distinctes (fig. 174). lia culasse supérieure de l'induit fait corps avec l'épanouissement polaire correspondant, le b&ti forme lui-même la culasse inférieure faisant corps avec l'autre épanouissement polaire.

202. Machines Weston. —Ces machines américaines sontcaractérisées surtout par la fonne spéciale de leur induit.

L'Âme est formée (fig. 175} de disques de tdle, isolés et enfilés sur l'arbre, percés de trous en vue d'assurer une bonne ventila-

tion. Ces disques sont munis de dents, de manière à produire des arêtes longitudinales saillantes entre lesquelles on enroule lea

bobines élémentaires. Au lieu de superposer les deux enroule ments de sens contraires, on les juxtapose. L'aspect extérieur de l'armature Weston (lîg. 176) est analogue h celui de l'armature Siemens.

Pour les machines à haute tension on fait deux enroulements

Pig. m.

séparés et distincts, respectivement indiqués par des traits blancs et noirs dans la figure 177 ; s'il arrive un acccident à l'un de ces enroulements, la machine ne se trouve pas pour cela mise hors de service.

202 bis. Machines Recbniewski. — Les machines Rechniewski , construites par la Société [Eclairage Electrique^ à Paris, sont caractérisées par la denture de l'induit et le feuilletage de l'inducteur.

La figure 178 montre comment il est possible de découper par poinçonnage dans une feuille de tôle un disque denté pour l'âme de l'induit et un feuillet en forme d'U pour l'inducteur. Il suffit de superposer ces derniers feuillets, en les isolant les uns des autres, et de les assembler par des boulons Fig. 118. traversant leur masse, pour constituer l'in-

ducteur, avec sa culasse, son noyau et ses pièces polaires ; les inducteurs de ce genre permettent d'éviter les courants de Foucault. Les

fils de bobines élémentaires sont enroulés entre les dents de rinduit.

Fig. 119. —Machine Rechnienski.

Plusieurs machines du type représenté par la figure 179, ont figuré à l'Exposition Universelle de 1889.

§4. — MACHINES A DISQUE Induit Dearoziera. — Machines Desroziers. —Force èleclromotrice.

- 203. Induit DeBroziers. — Les machines multipolaires Desroziers, qui ont été très remarquées à l'Exposition Universelle de 1889, sont les premières machines à disque dont l'usage se soit répandu. Elles sont surtout caractérisées par leur induit.

Considérons (fig. 180) une circonférence divisée entrente-deux parties égales. Traçons la corde 1 — 12 et remplaçons-la par la ligne en zigzag ÂBCDE, qui comprend deux développantes de cercle AB et CD ainsi que deux parties radiales CB et DE correspondant respectivement aux divisions 7 et 12 ; cette ligne en

TRAITÉ PRATIQUE D*ËLEGTRICITÉ

zigzag constitue un élément de Tinduit. Comme les coupures de flux faites par les développantes de cercle sont à peu près négligeables, la force électromotrice induite sera exclusivement due aux coupures de flux faites par les deux rayons CB et DE ; si Ton joignait B à E par une courbe différant peu d'un arc de cercle ayant son centre en 0, on obtiendrait un quadrilatère GBED, qui produirait la même force électromotrice induite que la ligne en zigzag. En reproduisant cette ligne brisée pour la corde 12 — 23,

puis pour la corde 23 — 2, nous obtiendrons trois éléments successifs qui conduisent du point 1 au point 2. Un système ternaire analogue partant de 2 conduira au point 3 ; ainsi de suite, jusqu'à ce qu'un dernier système de trois éléments partant de 32 conduise au point 1 et ferme le circuit. Cette disposition repose sur le principe du bobinage en polygone étoile (n^ 179), dans le cas d'une machine à six champs magnétiques. .

Pour réaliser l'enroulement, on fait usage de deux plateaux en carton percés de trous correspondant aux extrémités des éléments radiaux. L'un de ces plateaux regoit tous les éléments impairs^ c'est-à-dire correspondant aux cordes 1 = 12, 23 = 2, etc., don^

MACHINES A GOURANTS CONTINUS

rorigine est désignée par un nombre impair ; les éléments radiaux, sont placés sur une face et les éléments curvilignes sur Tautre face. Le second plateau reçoit analoguement tous les éléments pairs j tels que 12 — 23, 2 — 13, etc. On accole dos à dos ces deux plateaux en intercalant entre eux un disque perforé, en maillechort, sur lequel on les boulonne; on fait ensuite, entre bouts de fil correspondants, les soudures nécessaires pour obtenir un seul circuit. Le disque de maillechort est fîxé sur Tarbra de la machine par un moyeu; quant aux plateaux de carton, on

Fig. 181.

Fig. 182.

les évide en les découpant au tour, de manière à ne laisser que les couronnes qui sont sous les fils curvilignes.

La disposition schématique indiquée sur la figure 180 est complétée, dans la pratique, par Taddition de boucles accolées à côté des enroulements primaires ; on peut, par exemple, dans Télément ABCDE, remplacer la partie GD£ par un enroulement multiple de manière à constituer une sorte de bobine élémentaire (fig. 181). On multiplie ainsi le nombre des brins radiaux pour augmenter la force électromotrice de la machine»

Il s'agit maintenant d établir les connexions de cet induit et du collecteur. Pour plus de clarté dans Texposition, considérons le schéma de la figure 182, dans lequel Tenroulement est représenté, d'une part par des zigzags radiaux, tels que 7 — 12 figurant la bobiné BCDE, et, d'autre part, par des raccords brisés, tels que

12-18 représentant la jonction des deux bobines consécutives 7-i2 et 18-23.

Partant de la bobine 7-12, en suivant Tenroulement, on rencontre la bobine 18-23, puis la bobine 2-29, puis la bobine 8-13 (c'est rntentionnellement, pour éviter la confusion des lignes, que nous avons augmenté la distance angulaire réelle des deux bobines 7-12 et 8-13). Faisons correspondre une touche de collecteur à chacune des trente-deux bobines et joignons chaque touche à Forigine de la bobine correspondante. Si nous nous en tenions là, il est clair qu'au moment où un des balais toucherait à la fois les deux touches consécutives correspondant aux bobines 7-12 et

Fig. 183.

12-13, le système des trois bobines 7-12, 18-23 et 29-2 se trouverait fermé en court circuit et distrait du reste de Tinduit. Il serait évidemment bien préférable que la fermeture en court circuit n'eût lieu que sur la seule bobine 7-12 ; ce résultat peut s'obtenir en intercalant deux nouvelles touches de collecteur entre celles qui correspondent aux bobines 7-12 et 8-13 et reliant respectivement ces deux lames avec celles qui correspondent aux bobines 18-23 et 29-2, au moyen des arcs métalliques indiqués en pointillé sur notre schéma ; nous sommes ainsi conduits à tripler le nombre primitif des lames du collecteur et chacune des bobines se trouvera reliée à trois lames faisant entre elles des angles de 120 degrés.

Pour faciliter et régulariser les connexions entre Forigine de

ehaque bobine et les trois lames correspondantes du collecteur, OD fait usage d'un connecteur. Cet appareil se compose d'un cylin-

dre en bois sur lequel est monté un plateau circulaire également en bois {Gg. 183). Les Qls ab qui doivent aller radialement au

collecteur traversent simplement le plateau ; les fils aCj qui doivent dessiner des développantes de cercle à droite de ab^ décri* vent ces courbes sur la face antérieure du plateau et se redressent ensuite pour aller aux lames correspondantes du collecteur ; enfin les fils ad^ qui doivent dessiner des développantes de cercle de sens contraire aux précédentes, traversent le plateau et décrivent ces courbes sur sa face postérieure avant d'aller aux lames collectrices. Cette disposition permet d'éviter les croisements de fils.

Finalement l'ossature de Tinduit se compose du disque de maillechort, convenablement découpé afin d'éviter les courants de Foucault ; cette ossature rigide, qui porte les fils de Tinduit, est clavetée sur Tarbre ; on monte également sur cet arbre le connecteur et le collecteur, puis on assemble le tout.

La légèreté de cet induit permet de le faire tourner assez vite pour obtenir jusqu'à 35 mètres (et au delà) de vitesse à sa circonférence extérieure.

204. Machines Desroziers. — La %ure 184 représente une dynamo Desroziers à six pôles accouplée directement à son moteur. Cette machine, destinée à la marine, donne 14 000 watts par seconde en tournant à 330 tours par minute. Le système inducteur ne présente rien de particulier ; les noyaux portent des épanouissements polaires.

Les machines Desroziers sont construites par la maison Breguet qui nous a donné à leur sujet les renseignements suivants. (Voir les tableaux page 365.)

11 est nécessaire que le nombre 2m des champs magnétiques inducteurs, le nombre M des sommets du polygone régulier (fig. 180) qui sert à établir le schéma fondamental de Tinduit et le nombre des divisions de ce polygone qui doivent être comprises entre les deux rayons CB et DE d'une spire élémentaire soient liés par une relation d'un certain genre, pour que Ton puisse obtenir un bobinage en polygone étoile. M. Desroziers adopte pour ses machines la formule suivante, qu'il est facile de justifier par des considérations arithmétiques :

• M = 2 (pm dbl).

MACHINES A GOURANTS CONTINUS 365

Pour une machine à six champs (m =£ 3), comme nousTavons indiqué ci-dessus, j9 = 5 et