Édouard Roth

“ Un observateur qui se déplacerait synchroniquement avec le champ verrait la roue polaire effectuer des oscillations, d'une amplitude αM ; les masses en mouvement tournent, il est vrai, à une vitesse Ω' qui est la superposition de la vitesse angulaire ΩO, moyenne constante du champ, et d'une vitesse variable Ω, mais l'observateur tournant avec le champ ne s'apercevrait que de cette dernière. La vitesse constante des masses est due au couple constant du moteur d'entraînement, et la vitesse variable Ω, ou « vitesse pendulaire », à un couple variable, le couple pendulaire. ”

“ Lorsque l'on veut coupler sur un réseau une génératrice à courant continu, il faut avant tout s'assurer de la polarité de ses bornes pour être sûr de connecter, lors du couplage, des pôles de même nom ; on excite ensuite la machine de façon à lui faire produire une tension égale à du réseau et on ferme les interrupteurs.
Les conditions de couplage en courant alternatif ne sont pas aussi simples qu'en courant continu. Il faut toujours que la tension de la machine à coupler soit égale a celle du réseau et que la phase de sa tension soit opposée à celle du réseau. ”

“ Démarrage et couplage. — Le moteur synchrone possède un couple de démarrage très faible. Nous savons en effet que le couple exercé par le moteur est, à la vitesse angulaire près, égal à la puissance transmise au rotor. Or, en marche normale le couple est obtenu par l'action synchrone du courant de l'induit sur le flux provenant de inducteur (§ 10) . Lorsque l'inducteur est arrêté, cette action ne peut pas exister, et la puissance transmise au rotor est uniquement celle qui correspond aux pertes dans l'inducteur ; ces pertes sont dues seulement aux courants de Foucault dans le fer des pôles. ”

“ Pour un amortissement infini l'amplification serait nulle et la vitesse serait constante. Il n'est toutefois pas à conseiller de construire les alternateurs avec des amortisseurs trop puissants, car ils annulent l'action du volant ; le courant actif débité par la machine est alors exactement proportionnel aux efforts tangentiels du moteur, et la tension aux bornes est soumise à de grandes variations périodiques. On conçoit facilement qu'un fonctionnement de ce genre est inadmissible. ”

“ Dans le dimensionnement d'une machine un grand rôle est joué par la ventilation ; nous avons vu au chapitre IX que la chaleur due aux pertes doit être enlevée par de l'air circulant entre les différents organes de la machine, et que l'échauffement et par conséquent la puissance limite dépendent de la répartition et de la quantité d'air de refroidissement. ”

“ Lors du court-circuit, le parcours normal du flux se trouve obstrué ; le flux produit par le courant induit cherche par conséquent à utiliser tous les autres chemins qui lui sont offerts et qui sont seulement ceux suivis par les lignes de fuites, mais aussi bien de celles de l'inducteur que de celles de l'induit. ”

“ BOBINE DE RÉACTANCE pour protection d'alternateur.
Les réactances extérieures ou bobines de self-induction constituent un moyen de protection qui est très souvent employé et qui a donné d'excellents résultats dans la pratique. Pour être certain que la réactance des
bobines reste constante, quelle que soit la valeur du courant, et indépendante de tout phénomène de saturation, on n'utilise que des bobines de self-induction sans fer. ”

“ A courants égaux l'alternateur monophasé demande donc une excitation plus faible que l'alternateur triphasé correspondant ; l'air qui est soufflé sur l'induit par l'inducteur est moins chaud, ce qui permet une légère augmentation de la densité de courant dans l'induit.
La réaction plus faible des alternateurs monophasés se aussi remarquer dans la caractéristique en court-circuit, car pour annuler l'onde fondamentale du champ de l'induit dû à un courant donné, il faut un courant d'excitation qui n'est que 58 % de celui que demande un alternateur triphasé. ”

“ En accélérant la génératrice, on augmente la fréquence du courant d'alimentation et l'inducteur du moteur augmente sa vitesse jusqu'au moment où la fréquence est la fréquence normale ; la vitesse du moteur est alors rigoureusement la même que celle de la génératrice, si leurs nombres de pôles sont les mêmes, et elles sont exactement dans le rapport inverse de leurs nombres de pôles lorsque ceux-ci diffèrent ”

“ Pour que le champ inverse soit entièrement supprimé, il faut qu'à chaque endroit la f.m.m. due à l'amortisseur annule la f.m.m. due à la moitié du courant induit, c'est-à-dire à la part de ce dernier qui produit le champ inverse. En réalité, les formes des courbes des f.m.m. de l'amortisseur et de l'induit ne sont pas identiques ; nous nous contentons de déterminer les conditions d'équivalence de leurs ondes fondamentales.
Lorsque, comme cela est le cas dans un turbo-alternateur à rotor lisse, l'amortisseur forme une cage complète, les facteurs d'équivalence sont très faciles à déterminer ”

“ Une même analogie existe entre un moteur absorbant un courant déphasé en arrière sur la tension U (fig. 124) et un alternateur débitant un courant déphasé en avant sur U.
Dans le cas de la fig. 123, E est plus grand que U : on dit que le moteur est « surexcité » ; dans la fig. 124, E est plus petit que U : on dit alors que le moteur est « sousexcité ». La fig. 123 montre que le moteur surexcité peut fournir au réseau de la puissance réactive ; le moteur se comporte comme une capacité. Dans le cas de la fig. 124, par contre, il absorbe de la puissance réactive et agit comme une self-induction. ”

“ Dans un alternateur ces efforts sont exercés entre têtes de bobines de la même phase et entre celles de phases différentes ; ils existent même entre les Parties frontales de l'induit et de l'inducteur. Ces efforts varient avec le carré du courant ; ils sont très faibles en marche normale, mais prennent en court-circuit brusque des valeurs très élevées, et ont souvent conduit à la déformation complète des têtes de bobines et à la destruction de l'enroulement. ”

“ Le fer présente aussi des pertes supplémentaires, tout comme le cuivre, mais il faut comprendre par fer non seulement les tôles de l'induit, mais encore toutes les pièces en fer, fonte ou acier de la machine, fixes ou tournantes. Ces pertes supplémentaires sont de différentes sortes ; quelques-unes existent déjà à vide, d'autres, par contre, sont fonction de la charge. ”

“ Quelquefois on fait fonctionner le moteur à une excitation telle, que le courant absorbé est un minimum ; le facteur de puissance est dans ces conditions égal à l'unité Mais très souvent on règle l'excitation de façon à faire débiter au moteur, développant un couple donné, un certain courant réactif (v. § 55) ”

“ Le moteur dont le démarrage s'est effectué à flux réduit atteint une certaine vitesse maximum qui n'est pas tout à fait la vitesse synchrone ; on dit que la partie tournante « glisse » par rapport au champ de l'induit et on appelle « glissement » le rapport de la différence des vitesses angulaires du champ et de la partie tournante à a vitesse angulaire du champ. Lorsque la vitesse maximum est atteinte, il faut effectuer les deux manoeuvres suivantes : amener le moteur au synchronisme et le brancher directement sur le réseau. ”

“ Comme pour le couplage, cette manoeuvre se fait du tableau, par action à distance sur le contre-poids du régulateur. Pour charger un alternateur on procède donc de la façon suivante : on agit légèrement sur le régulateur pour faire prendre une certaine charge à l'alternateur ; celui-ci, se trouvant de ce fait insuffisamment excité, il y a lieu d'augmenter en même temps son excitation. On continue de cette façon jusqu'au moment où la machine débite la charge voulue, en réglant l'excitation pour qu'elle fonctionne au facteur de puissance du réseau. ”

“ Le flux dans la phase II passe en effet de sa valeur normale à une valeur très faible, et on sait que ce phénomène donne lieu à un courant continu, qui cherche à maintenir le flux ; ce courant se superpose au courant de valeur I'iM, nécessaire pour produire dans la réactance de fuites une chute de
tension égale à U ; la valeur maximum du courant continu est égale à I'IM (fig. 147) . Le flux dû au courant continu est un flux fixe dans l'espace. ”

“ Nous étudions dans ce paragraphe le fonctionnement d'un alternateur seul, accouplé à une machine à mouvement alternatif ; nous verrons au paragraphe suivant comment des alternateurs de ce genre se comportent lorsqu'ils fonctionnent en parallèle. Le couple moteur variable d'une machine à mouvement alternatif est représenté par le diagramme des efforts tangentiels, diagramme dans lequel les abscisses sont les angles parcourus par la manivelle et dans lequel les ordonnées sont les composantes tangentielles de l'effort exercé sur le bouton de manivelle. ”

“ On remarque l'analogie entre cette formule et la formule (28 b) du chapitre I. Nous voyons que pour
ce qui veut dire que si la fréquence d'oscillation propre est Petite par rapport à la fréquence forcée, l'écart angulaire résultant est égal à l'écart initial. De plus on a pour
ce qui veut dire que si la fréquence d'oscillation propre est très grande par rapport à la fréquence d'oscillation forcée, l'écart angulaire résultant est zéro, et que la machine fonctionne à une vitesse angulaire constante, Ces deux cas extrêmes ne peuvent pas être réalisés en pratique. ”

“ La spire s1 qui est coaxiale avec l'enroulement de l'induit est soumise à l'action combinée du champ alternatif et du champ inducteur ; la forme du champ de la spire est donc entièrement différente de celle relevée par la spire s2
Nous tirons de ce qui précède la conclusion suivante :
lorsqu'en court-circuit les formes des champs relevées sur les deux spires sont très différentes l'une de l'autre, et que l'une montre sensiblement la forme du champ inducteur, la machine n'est pas assez amortie. ”

“ Pour calculer la valeur de l'écart angulaire résultant αR, nous devons tenir compte de l'ensemble des couples qui agissent sur l'alternateur. Ce sont : 1° le couple moteur Cm, 2° le couple résistant ou utile CM, que nous admettons constant, 3° le couple synchronisant C's, et enfin 4° le couple amortisseur CA, couple que nous négligeons. Le couple moteur Cm doit être égal à la somme de tous les autres ; du fait qu'il contient une partie constante Cμ
cette deuxième valeur disparaît dans l'égalité des couples, et il ne subsiste donc de C2M que ses harmoniques. ”

“ Écart angulaire. — Lorsque la vitesse varie, le chemin parcouru par un point du volant n'est plus proportionnel au temps, et le volant se trouve à chaque instant décalé d'un angle variable par rapport à la position qu'il aurait au même instant si sa vitesse était uniforme. On appelle « écart angulaire instantané » la valeur de l'angle électrique exprimant ce décalage. ”

“ De ce fait quelques réseaux travaillent de mauvais facteurs de puissance. On comprend aisément l'inconvénient de cet état de choses ; les enrouledes alternateurs sont calculés pour que leur échauffement ne dépasse pas, avec un certain courant, des valeurs compatibles avec une bonne conservation des isolants, et la valeur limite de ce courant est atteinte d'autant plus vite que le facteur de puissance est plus faible ; le moteur d'entraînement risque donc de ne pas pouvoir fournir sa pleine puissance. ”

“ Les fuites latérales de inducteur peuvent occasionner des pertes par courants e Foucault dans les couvre-enroulements, lorsqu'ils sont rapprochés des pôles, ou lorsque ceux-ci sont très arges. Très souvent on donne aux pôles un épanouissement dans le sens axial, pour maintenir la partie frontale des bobines inductrices ; le flux qui émane de ces parties
peut se fermer par les plateaux de serrage, ou par les tôles de l'induit en entrant perpendiculairement au sens des tôles, ce qui est toujours une cause de pertes très élevées par courants de Foucault. ”

“ Il est toutefois inutile d'employer toutes les encoches, car le facteur d'enroulement par rapport à la f.é.m. devient très faible, et de plus la réaction d'induit et la chute inductive atteignent des valeurs très élevées. La meilleure utilisation du cuivre est obtenue lorsque l'enroulement occupe environ les 2/3 des encoches disponibles, ou, ce qui revient au même, lorsque l'on utilise les enroulements de deux : phases, montées en série, d'un alternateur triphasé. ”

“ Fonctionnement en compensateur de phase et en gulateur de tension. — Un réseau de distribution sert aussi bien à l'alimentation des lampes qu'à celle de moteurs. Or, on sait que pour des facilités de démarrage le moteur généralement employé est le moteur asynchrone celui-ci a l'inconvénient d'avoir un mauvais facteur de puissance, qui peut descendre jusqu'à cos φ = 0,6 pour des moteurs à faible vitesse angulaire. Mais, même le facppuissance des moteurs à grande vitesse angulaire prend des valeurs très faibles lorsqu'ils ne fonctionnent pas a pleine charge. ”

“ Le fonctionnement en court-circuit est obtenu en courtcircuitant au préalable l'induit et en excitant l'inducteur ensuite ; on évite de procéder de la façon inverse, car lorsque l'on met brusquement en court-circuit un alternateur excité, l'induit se trouve parcouru par un courant très élevé, qui prend après un laps de temps plus ou moins long (de l'ordre de une à plusieurs secondes) la valeur du courant de court-circuit permanent. ”

“ Nous nous trouvons dans un cas où le nombre d'encoches par pôle (6) est insuffisant pour assurer une détermination précise de la courbe de l'intensité du champ. Mais il est facile de déterminer l'induction dans l'entrefer en un point quelconque ; il suffit de placer le pôle dans la position indiquée sur la fig. 150, par exemple, et de raisonner comme il a été fait précédemment. cette façon on a obtenu pour le flux en charge la courbe D de la fig. 158. Cette courbe permet de déduire la forme de la courbe de la tension en charge, en suivant les indications des §§ 25 et 26. ”

“ Avant d'aborder l'étude des phénomènes qui ont lieu lors de la marche en parallèle, examinons encore comment il faut procéder pour la mise en charge d'un alternateur qui vient d'être couplé sur un réseau.
Pour les machines à courant continu le procédé est très simple ; après le couplage il suffit d'augmenter l'excitation de la machine pour lui faire prendre la charge. Lorsque l'on opère de la même façon pour les alternateurs, on arrive aussi à les charger, mais seulement en puissance réactive, car rien n'oblige la machine à fournir de la puis¬
sance active. ”

“ Supposons que le moteur soit relié au réseau et qu'il onctionne à vide ; si on freine la machine, sa partie tournante va tendre à ralentir et les pôles vont s'écarter d'un certain angle 0 de l'axe du champ de l'induit. L'induit machine est alors parcouru par un courant I dont action sur le champ inducteur va produire un couple Cα r l'arbre, qui équilibre l'action du frein. Nous verrons plus loin que le couple exercé par le moteur augmente lorsque l'angle 0 augmente, ce qui est la condition d'un ontionnement stable. ”