Louis Barbillion

“ Dans un alternateur, le nombre des ampère-tours inducteurs, c'est-à-dire le nombre de spires à placer sur les bobines inductrices, est déterminé uniquement par la condition que la chute de tension de l'alternateur ne soit pas exagérée.
Comme la chute de tension est due en grande partie à la réaction d'induit, c'est-à-dire aux ampère-tours antagonistes de l'induit, il faut faire, comme nous l'avons dit, l'inducteur très puissant par rapport à l'induit. ”

“ Car l'inducteur étant saturé, il faut pouvoir déterminer exactement la valeur des fuites de l'inducteur, qui peuvent devenir très importantes, et surtout, connaître parfaitement la courbe de magnétisme du métal employé.
La saturation de l'inducteur rend en effet la reluctance de celui-ci assez forte devant la reluctance totale du circuit ; une erreur dans la détermination de celle reluctance peut donc avoir pour conséquence de rendre le flux, et par suite la f. é. m. de l'alternateur différents des valeurs que l'on cherchait à obtenir. ”

“ REMARQUE. — Un courant alternatif circulant dans un circuit déterminera dans celui-ci un échauffement juste égal à celui que produirait un courant continu, ayant une valeur égale à sa valeur efficace.
On a en effet à chaque instant, si
représente le courant passant dans le circuit, pour expression de la puissance transformée en chaleur de Joule
d'où la puissance moyenne consommée, ou encore le travail dissipé par unité de temps :
On peut baser sur cette remarque le principe du fonctionnement d'appareils de mesure, dits thermiques ou caloriques, appliqués aux courants alternatifs. ”

“ Dans le cas d'un moteur synchrone, ce défaut se décèle à l'augmentation du courant de ligne absorbé par le moteur, ou bien à la nécessité d'augmenter le courant inducteur pour obtenir le même courant de ligne, toutes choses égales d'ailleurs.
Ces courts-circuits se produisent d'autant plus facilement que les bobines sont plus grandes, car les conducteurs peuvent se déplacer plus facilement ; aussi étaient-ils assez fréquents dans les inducteurs munis d'une seule bobine d'excitation. ”

“ Les noyaux polaires sont massifs ou feuilletés (c'est-à-dire formés de tôles isolées) .
Pôles massifs. — Ils ont les avantages suivants savoir :
1° D'être de construction plus simple et moins coûteuse ;
2° D'être plus faciles à fixer solidement sur la jante de la roue polaire ;
3° D'étouffer les harmoniques du courant de l'induit et, dans le cas du couplage en parallèle, d'amortir les oscillations pendulaires. En un mot, ils jouent le rôle d'amortisseurs.
Fig. 174. — Irrégularité, due aux encoches, de la répartition du flux sur la surface polaire. ”

“ Imaginons qu'on installe un solénoïde régulateur à deux enroulements I et II, mobiles l'un par rapport à l'autre, l'un parcouru par un courant de tension de valeur maxima constante débitant sur une résistance C de réactance négligeable, le second par un courant de ligne Ieff.
Contrebalançons par l'action d'un ressort R, par exemple, l'action de I sur II (principe analogue à celui du wattmètre) . L'armature mobile entraîne avec elle des contants qui insèrent ou suppriment
automatiquement, en venant en prise avec des plots fixes, des résistances dans le circuit d'excitation de l'alternateur. ”

“ Il faudrait, en effet, pour cela, à cause de la saturation de l'inducteur, augmenter beaucoup le courant d'excitation, ce qui souvent n'est pas possible.
C'est là un inconvénient grave, car il arrive souvent qu'on est obligé de faire fonctionner un alternateur à une tension assez supérieure à la tension normale, pour pouvoir compenser un excès imprévu de chute de tension dans les lignes et les transformateurs. ”

“ Le courant qui circule dans l'induit produit en effet une force magnétomotrice qui tend à s'opposer d'autant plus énergiquement à celle de l'inducteur que le cosφ du réseau est plus faible.
Pour avoir une faible chute de tension, il faut donc que le nombre d'ampère-tours de l'inducteur soit très grand par rapport à celui de l'induit, de telle sorte que la force magnétomotrice de l'induit soit très faible devant celle de l'inducteur. ”

“ Allure générale des courbes en V de Mordey (moteur synchrone
marchant à puissance constante et à tension non nécessairement constante) . Si le moteur marchait à tension constante, ces courbes ne se couperaient pas, mais s'envelopperaient, la plus basse correspondant à la marche à vide, et le courant d'excitation critique, c'est-à-dire celui correspondant au minimum de IefE, croissant légèrement avec la charge. ”

“ En diminuant le diamètre, malgré l'augmentation proportionnelle de la largeur de la machine, on diminue, ainsi qu on l' a vu, le poids de celle-ci.
Donc, pour une même puissance, et une même fréquence, en augmentant la vitesse angulaire, on diminue le poids, et, par suite, le prix des alternateurs. — On voit tout l'intérêt qu il y a, lorsqu on le peut, à adopter de grandes vitesses angulaires. Il y a cependant, à ce point de vue, une limite, ainsi qu'on le verra dans l'étude de la construction des alternateurs commandés directement par des turbines à vapeur. ”

“ Flexion de l'arbre due au poids de l'inducteur, à l'attraction magnétique et à l'action de la courroie. — Chaque pôle inducteur, agissant comme un électro-aimant, est soumis à une force, relativement considérable, émanant de l' induit.
En temps normal, tout étant symétrique, l'ensemble des forces agissant sur les pôles se fait équilibre.
Mais si, pour une cause quelconque, l'usure des coussinets, par exemple, une dissymétrie vient à se produire dans l'entrefer, ces forces, n'étant plus les mêmes partout, donnent une résultante agissant sur l'arbre. ”

“ Il faut, en effet, surtout à cause des attractions magnétiques et de la force centrifuge, donner à l'induit et à l'inducteur une très grande rigidité. La carcasse et la roue polaire doivent donc avoir des dimensions et un poids considérables, et d'autant plus forts que le diamètre est plus grand ; aussi, pour une môme vitesse angulaire, donne-t-on des diamètres plus petits aux machines de faible puissance. ”

“ Convention de signe relative à la puissance P. — Comme dans le diagramme de Blondel, nous allons étudier également le fonctionnement éventuel du moteur en générateur, nous prendrons, comme point de départ, la f.é.m. Eeff, engendrée dans le moteur, l'expression de la puissance fournie étant :
Marche en moteur :
P = Eeff Ieff cos (π— ψ) .
Cette expression peut être considérée comme générale. En effet, si cos (π — ψ) > 0 (B à droite de XX')
alors la puissance électrique est réellement fournie, moteur marchant en générateur. Si
cos (π — ψ) < 0 (B à gauche de XX')
marche réelle en moteur. ”

“ Comme ordinairement, pour la valeur du flux ΦA donnant la tension normale, le circuit magnétique
magnétique à être saturé, les flux ne sont pas proportionnels aux ampère-tours, ainsi qu'on l'a admis.
Le flux envisagé Φ°A est évidemment plus grand que le flux réel
(Φ'zA) o, ainsi qu'on le voit facilement en considérant la courbe d'aimantation (fig. 406) .
On pourrait, par approximations successives, calculer (Φ'A) 0 et l'on trouverait ainsi une valeur plus faible pour la chute de tension. ”

“ On est souvent porté à croire que dans un alternateur, la vitesse angulaire seule détermine le diamètre, par la condition que la vitesse tangentielle doit être la plus grande possible, et que la puissance donne ensuite la largeur. ”

“ On peut donc bien réaliser ainsi un alternateur hétéropolaire à fer tournant, mais la construction d'un tel alternateur ne présente pas d'intérêt, à cause surtout de son poids considérable et de la chute de tension énorme qui serait due à la dispersion magnétique.
Comparaison entre les alternateurs homopolaires et hétéropolaires. — 1° Au point de vue du poids. — A puissance égale, les alternateurs homopolaires sont plus lourds et plus encombrants que les alternateurs hétéropolaires. ”

“ Avantages des courants polyphasés. — Ils résident surtout dans le meilleur fonctionnement des moteurs. Par contre, nous avons signalé que, pèndant une fraction de la demi-période, une puissance alternative monophasée fournie par un alternateur est négative [générateur travaillant en récepteur] . De même
pendant une fraction de la demi-période, comme nous le verrons, un moteur monophasé travaille en générateur. ”

“ Cette conception du point neutre, fictif ou réel, permet de traiter toutes les questions de la même façon, celle correspondant au cas du générateur couplé en étoile, qui est intuitif, car dans chaque phase, à partir du point neutre, une tension simple agit dans un circuit propre. ”

“ Ieff, courant efficace envoyé dans l'armature ; flux émanant d'un pôle.
ψ décalage angulaire entre les zéros de B (t) et de I (t) , I étant le courant dans le conducteur théorique Γ, ou encore ψ représentant le décalage entre le courant dans le récepteur et la fonction F égale et opposée à E, f.é.m. qui est réellement développée dans le moteur, et qui, s'il fonctionnait en générateur et tournait en sens contraire, produirait un courant de même sens que le courant moteur actuel. ”

“ Constitution d'un circuit inductif de cos ç donné et réglable pour essai d'alternateur en charge.
On s'assurera que le cos φ du réseau a bien la valeur 0,8, en faisant des mesures simultanées au voltmètre, à l'ampèremètre et au wattmètre, dans le circuit principal.
Si l'on ne possède qu'un wattmètre, on s'assurera en outre que les circuits sont équilibrés [ampèremètres] ; s'ils ne l'étaient pas, on agirait sur les noyaux de B1, B2, B3 ou sur l'écartement des électrodes de R1, R2, R3 pour que cette condition soit remplie. ”

“ Inconvénients d'un trop grand nombre d'encoches par pôle. — 1°La construction de la machine est plus coûteuse.
2° L'isolement de l'enroulement est plus difficile à réaliser à cause de la multiplicité des bobines.
3° Pour un même poids de cuivre induit, la f.é.m. est plus faible à cause du coefficient de réduction du bobinage, qui est d'autant plus petit que le nombre d'encoches est plus grand. Cet inconvénient est, en pratique, peu important, car la diminution du coefficient de réduction avec le nombre d'encoches est très faible. ”

“ Or le courant inducteur est toujours à basse tension, rarement au-dessus de 110 volts, tandis que l'induit, dans les alternateurs actuels, doit produire en général un courant à haute tension.
2° Le courant absorbé par l'inducteur correspondant au plus à 3 % de la puissance débitée par l'induit, il est bien plus facile de faire passer ce courant par des bagues tournantes et des balais.
3° L'inducteur est plus robuste que l'induit. Celui-ci doit être toujours feuilleté et muni d'encoches, tandis que les pôles inducteurs sont souvent massifs et peuvent être fixés solidement à la roue polaire. ”

“ Comme souvent un même fournisseur livre des aciers ayant des courbes d'aimantation différentes, il n'est guère possible de faire les calculs sur des bases bien certaines. Pour éviter cet inconvénient, même si l'on n'a pas à craindre des courants de Foucault, on exécute parfois avec des tôles au moins les noyaux polaires, car on peut toujours, dans ce cas, déterminer exactement sur un échantillon la courbe d'aimantation pour une qualité de tôles déterminée. ”

“ En d'autres termes, si l'on représente le champ magnétique, en chaque point de l'entrefer, par une ligne de force dont la longueur est proportionnelle à l'intensité du champ, et si l'on réunit les extrémités de toutes ces lignes de force, on obtient une courbe que l'on doit chercher à rendre aussi voisine que possible de la sinusoïde. ”

“ Un alternateur excité par son propre courant redressé, voire transformé, constituerait l'analogue lointain de la dynamo shunt ordinaire. On sait que, pour une machine shunt, il n'y a qu'une caractéristique externe correspondant à une valeur donnée de la vitesse. La machine à excitation indépendante possède, au contraire, une infinité de ces caractéristiques, chacune correspondant, pour la même valeur de la vitesse, à une valeur déterminée i du courant d'excitation.
Caractéristique Ueff (Φ) à Ieff constant (N et i constants) . ”

“ Il est placé entre les deux électrodes constituées par un tambour métallique et un style A, respectivement reliés, A à un pôle d'une source alternative d'électricité de tension U, et le tambour B à l'autre pôle ; le courant ne passera à travers la feuille de papier que lorsque la différence de potentiel effective entre entre A et B, soit UAB — e, sera plus
grande que zéro en valeur absolue, c'est-à-dire pour une partie seulement d'une demi-période. ”

“ Pour une puissance donnée P, fournie par ce moteur, un courant Ieff, consommé par lui, correspond à une excitation donnée; Ieff peut être facilement amené en avance de phase par rapport à l'autre courant I'eff alimentant les récepteurs. Il en résulte une amélioration du facteur de puissance du réseau global sur lequel travaille l'alternateur (cosinus du décalage du courant résultant sur la tension) . ”

“ Dans le cas où l'intensité est un peu grande, on est obligé d'employer pour chaque phase plusieurs circuits groupés en parallèle.
Le groupement de plusieurs circuits en parallèle doit être fait avec soin, car il faut que dans tous les circuits la f.é.m. induite suit la même à chaque instant pour éviter des courants de circulation, qui auraient pour principal effet de faire chauffer l'induit et de diminuer le rendement de l'alternateur. ”

“ L'amplitude du courant décroît et son décalage par rapport à la tension croît, quand on augmente la self-induction en insérant, par exemple, un noyau en fer dans une bobine de self mise sur le circuit. ”

“ Dans les machines à vitesse lente, la roue polaire devant jouer le rôle de volant et par conséquent devant avoir un poids assez grand, on emploie la fonte qui a l'avantage d'être moins coûteuse et de se couler plus facilement. ”

“ CONCLUSIONS DE NOTRE ÉTUDE Conditions d'existence du couple.—Un alternateur ne peut donc fournir un couple effectif, c'est-à-dire de la puissance mécanique, que si la pulsation
Ω' = 2π.p'N'
du mouvement est égale à celle du courant qui l'alimente (fig. 417)
Fig. 417. — Moteur synchrone. Disparition du couple quand la vitesse de la machine n'est pas synchrone de la pulsation du courant d'alimentation.
Le couple dépend du décalage entre le maximum de l'induction dans l'entrefer et le maximum du courant envoyé (courant rapporté par exemple aux positions d'un conducteur) . ”

“ Remarquons que, si une surcharge vient à se produire dans le moteur (P croissant dans un instant très court) , le moteur ralentira, la phase de E'eff sera légèrement en retard par rapport à celle qui précédait. Pour que le fonctionnement du moteur soit stable, il faut que, ralentissant ou plutôt tendant à ralentir, il puisse fournir une puissance plus grande, c'est-à-dire que la perpendiculaire abaissée de B sur E'eff soit tangente à un cercle de rayon plus grand (puissance plus grande, fig. 456) . ”

“ L'intensité du courant Ieff établi dans un circuit, sous l'effet d'une tension Ueff, est donc maxima dans le circuit quand la capacitance et la réactance proprement dite sont accordées de manière à réaliser un déphasage nul. ”

“ Force électromotrice du moteur. — Le moteur étant constitué par des enroulements induits parcourus par des courants I, de valeur efficace Ieff, il est facile de voir que les conducteurs déplacés devant le champ, par l'action du couple moteur, vont être le siège d'une f.é.m. d'induction E', d'après la loi de Lenz, plus ou moins en opposition, en tenant compte du décalage avec le courant ou plus exactement avec la courbe E. On peut admettre que les phases de U et de E sont à peu près à 180°, ce qui revient à dire que U et E' sont toujours presque en phase (fig. 421 et 422) 1. ”

“ Fig. 484. — Moteur synchrone avec excitatrice en bout d'arbre. Dispositif de démarrage avec source de courant continu extérieur.
L'excitatrice, recevant le courant continu extérieur, fonctionne en moteur ; un rhéostat, placé dans son circuit inducteur, permet de faire varier la vitesse.
Le synchronisme obtenu, on couple le circuit induit du moteur synchrone avec le réseau.
Le moteur synchrone se trouve donc, pendant le démarrage
dans la situation d'un alternateur que l'on accouplerait purement et simplement à un réseau. ”