ÉLECTRICITÉ

LA HOUILLE BLANCHE 4!

E L E C T R I C I T E

Etude sur la commutation

p a r Pierre COMBE, Ingéniear á la Sociélé Alslhom.

( S U I T E E T F I N )

Eléments mécaniques

Quand on cLudie le c o n t a d électrique d ' u n bloc de charbon sur une surface en cuivre, on t r o u v e q u e la c h u t e de tensión au c o n t a d , pour le passage d ' u n e d e n s i t é de c o u r a n t détenninée, diminue, q u a n d on a u g m e n t e la pression qui a p p u i c le bloc de charbon contre le cuivre.

Dans les d y n a m o s , c e t t e pression est assurée p a r des ressorts plus ou moins puissants, qui agissent sur un bloc guidé par une gaine. Si le collecteur est en tres bou é t a t , on p e u t supposer cette pression c o n s t a n t e d a n s le t o u r . M a l h e u r e u s e m e n t , cette condition est bien difficile á remplir, u n léger faux rond, des micas qui affleurent, des porte-balais insuffisants ou m a l concus, sont a u t a n t de facteurs qui détruisent c e t t e constance de la pression.

Tous ceux qui se sont occupés de la mise au point des d y n a m o s connaissent l ' i m p o r t a n c e d ' u n e rectification parfaite du col­

lecteur, d ' u n fraisage soigné des micas, du chanfreinage des bords des lames et du polissage final du collecteur. Nous ne décrirons p a s ici, les divers procedes employés, car ils sont connus de t o u s les techniciens.

L'influence du porte-charbon sur la c o m m u t a t i o n est encoré plus g r a n d e que cclle de l'état mécanique du collecteur.

11 faut q u ' u n porte-charbon soit suffisamment rigide, pour ne pas accentuer les vibrations que le bloc lui t r a n s m e t . 11 faut que son guidage soit aussi parfait que possible sans cependanl géner le déplacemenl du charbon. II faut s u r t o u t que le bloc soil slable d a n s des limites i m p o r t a n t e s de variations du coelíi- cicul de frotteinent.

Ku general, la création d'un porte charbon est une chose beaucoup Irop délicatc pour que nous nous permettions de délailler ici les défauts et qualités des divers types, existan!

s»r le marché, 'leí modele conviendra parfaitement a 1 elle dynamo, avec telle qualité de charbon et donnera des resultáis deplorables d a n s d ' a u t r e s conditions.

RELEVÉ PRATIQÜE D E S COURBES D E COMMUTATION

Descripíion des divers procedes. — P o u r éludier avec t o u t e fe precisión désirable la c o m m u t a t i o n d ' u n e d y n a m o , il fau- drait connaitre pour c h a q u é régime de fonctionnement ;

I^o La v a r i a t i o n du c o u r a n t dans lá s p i r e ;

2^o La variation de la différence de potentiel e n t r e lames voisines du collecteur a u x environs des b a l á i s ;

3^o L a variation de la différence de potentiel e n t r e un point du balai el une lame,

L a premiére et la derniére de ees courbes ne peuvent é t r e enregistrées q u ' á l'oscillographe. Encoré csl-il difficile, p r a t i - q u e m e n t , de relever celle de la variation du courant dans la spire. L e relevé simultané des courbes 1, 2 et 3, avec le m é m e appareil, p e u t étre d'un enseignement t r e s précieux.

L e relevé de la deuxiéme et de la troisiéme courbe á l'oscil­

lographe, présente un défaut g é n a n t . La sensibilité du bifillaire é t a n t réglée pour la tensión m á x i m u m qu'il devra supporter, r é c h e l l e des tensions dans la región c o m m u t é e est faible et la courbe est indécise, précisément á l'cndroit oü elle devient i n t é r e s s a n t e .

D ' a u t r e part, le teinps de c o m m u t a t i o n pour les d y n a m o s industrielles é t a n t tres faibles, il est difficile d ' o b t c n i r des cli­

chés bien détaillés des variations de tensión sous le balai. A cause d e cela, á cause aussi des complicalions entraínées p a r l'emploi d'un oscillographe, nous avons utilisé un moyen plus r u d i m e n t a i r e pour étudier la c o m m u t a t i o n .

Sur le collecteur C (fig. 18), nous avons place une b a n d e de

F u i . 1 8 .

p r e s p a h n a y a n t u n e de ses e x t r é m i t é s fixée á Tun des tourillons d e la d y n a m o , et 1'aufre extrémité" t e n d u e dans le sens de la m a r c h e , p a r u n poids d'en virón 1.000 g r a m m e s .

Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1930008

42 L A H O U I L L E B L A N C H E Cette b a n d e , comino r i n d i q u e lo croquis, est perece de trous (el cello des résislances de la section). P r a t i q u c m e n t , il suffil de 2 nini, de diamélre, équidistants, sitúes sur Faxe de la b a n d e . de réaliser la relation

La dislance d'axe en axe de deux trous conséculifs est égale soit a une lame soit á une demi-lame, suivant la g r a n d e u r de

cette dimensión.

fin

On eonfeelionne (fig. 19) avec des crayons d u r s deux prises de facón que u reste dans des limites acceptables de l'ordre de 1 Volt, E n écrivant :

n

FIG. 19.

de courant reliées par un i'il souple á un v o l t m e t r e assez résis- l a n t , d*une sensibilitc de 6 a 10 volts. La d y n a m o étant en m a r c h e , pour relever une courbe, on i n t r o d u i t la mine des crayons dans deux t r o u s de la b a n d e d i s t a n t s d ' u n e lame. Le voltmetre indique alors la différence de potentiel moyenne e n t r e lames voisines au j)oint consideré du collecteur.

Combe de différence de potentiel entre lames. — On releve successivement la valeur de cette différence de potentiel pour un certain n o m b r e de points voisins du balai, et Ton peut ensuite tracer la courbe r e p r é s e n t a t i v e de la différence de potentiel e n t r e lames pour la región étudiée.

Courbes de potentiel du collecteur. — Au lieu d'utiliser la diffé- rence de potentiel entre lames, on peut, pour étudier la c o m m u t a - tion, se baser sur les courbes de potentiel du collecteur par r a p p o r t au balai. On appuie la pointe de l'un des crayons sur le tourillon étudié et Ton introduit la mine du deuxiéme crayon dans les trous du prespahn sitúes dans le voisinage de ce tourillon.

Les différences de potentiel relevées é t a n t portees en ordonnées et les lames correspondantes en abscisses, on obtient la courbe de potentiel au collecteur qui, dans le cas d'une génératrice, présente l'aspect ci-contre (fig. 20.) Cette courbe est quelquefois tres utile.

Elle présente l ' a v a n t a g e d ' é t r e plus v i t e relevée que la courbe différence de potentiel e n t r e lames. De plus, il est possible d'en déduire cette derniére p a r une construction tres simple et cela a u x erreurs de lecture prés.

Sans entrer dans u n e démonstration q u e nous jugeons mu- tile, on p e u t diré, en effet, que la différence de potentiel moyenne entre les points A et B est égale á la différence de la m o y e n n e des potentiels A et B . La construction découle de ce théoréme : nous l'avons utilisée dans les courbes ci-contre.

R é g l a g e de l a c o m m u t a t i o n

Nous avons v u , dans F é t u d e precedente, que la commutation est bonne, en general, lorsque Ton a :

Ck B / ü r f / ^ 2 ( L + 2 M ) I (17)

JA

Ceci est théorique et suppose nulle l'action des charbon

f

11 existe, pour c h a q u é d y n a m o , une marge de réglage A qui dépend de la résistance de la section, de la résistance des con-

1

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I C/HK *R¿X

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1. Courbe de la d. d.

p. e n t r e lames a vide,

2. Courbe de la d, d. p . en charge.

Courbe de poten- tiel du collecteur p a r r a p p o r t au balai á vide.

id. en charge.

La]d. d. p moyenne e n t r e A e t B est égale á a* b.

On p o r t e cette g r a n d e u r sur la cour- be de d. d. p . entre lame á égale distan- ce de A et de B.

FIG. 20.

nexions, qui la relient a u x lames du collecteur, el de la qualitc des c h a r b o n s .

P o u r satisfaire Téquation (17) et régler la c o m m u t a t i o n d'une d y n a m o nous disposons de deux facteurs :

1° Valeur de B 2^o Valeur de T.

L a variable B, celle d o n t le réglage est le plus efficace, peut é t r e modifiée de trois facons :

a) p a r les amperes tours des póles de c o m m u t a t i o n s b) p a r r e n t r e f e r de ees póles,

c) p a r le calage b a l á i s .

LA HOUILLE BLANCHE 43 Nous alloíis éludier r a p i d e m e n t r e f f e t de chacun de ees moyens

(i'action et la deformation qu'ils produisenl sur les courbes.

I^o Adion sur B. — a) Ampéres-tours des póies de e o m m u l a - lion.

On sait que, d a n s r e n l r e f e r de la zone de c o m m u l a ü o n , le flux agissant sur Jes conducLeurs est sensiblement propor- tionnel á la différence e n t r e les ampéres-tours de l'induit et les ampéres-tours des póles de c o m m u t a t i o n , ajoutés, s'il y a lieu, á ceux des enroulemenLs de compensation.

Soit

H. Í A T^C — ATi ( 3 3 ) II peut arriver, au m o m e n t des premiers essais d ' u n e dynamo, que le flux donné par les póles de c o m m u t a t i o n soit frop grand ; la d y n a m o crache par s u r c o m m u t a t i o n , et Ton observe sur la courbe de réglage une différence de potentiel trop g r a n d e a la sortie du balai. II faut done diminuer la valeur de n L

Or, il est impossible, a moins de changer Tinduit, de changer sa réaction ATz ; au contraire, il est assez facile de régler ATc á une j u s t e valeur, en d e r i v a n ! dans un s h u n t une p a r t i e du cou- rant principal.

Appelons H la résistance des póles de c o m m u t a t i o n et des euroulements de compensation qui sont en serie fig. 2 1 .

r

LA A A A / W^U F I G . 2 5 ;

Soit í le c o u r a n t debité par la d y n a m o .

Normalemenf, t o u t le c o u r a n t I passe d a n s les enroulements de c o m m u t a t i o n et les ampéres-tours ATc sont proportion- nels á I.

Quand on place en dérivation u n e résistance r, on obtient : R

R + r

On peut éerire ;

I et r =

~ 100

R + r ^{I (34)}

etTon dit q u e les póles de c o m m u t a t i o n sont s h u n t e s de a%.

Cherchons la répercussion de ce s h u n t a g e sur la valeur d e / u :

( 3 5 ) n i Alc —T Ü O AT l

E n ócrivant, comme on le fait souvent, ATc =

k

on obtienL

. ^{A T} , . (100 - a ) .

E n a d m e l l a u t q u e Ton ait : k — 1,6 : - / - A T ¡ ( . , . Í Í ! » ?L > _ 1 )

P a r exemple, pour la d y n a m o sans shunt, on a u r a i t ; n i = 0,6 ATi

t a n d i s qu'avec un s h u n t de 1 % on obtiendrait : ni' = ATi (1,6 ^ - 1 j = 0,584 ATi

ni - ni = ATi (u, 6 — O^H) = 0,01<i ATi Soit 2,7 % de la valeur primitive de n z.

Un s h u n t a done une infiuence tres i m p o r t a n t e sur le flu de c o m m u t a t i o n .

A titre d'exemple, nous donnons quelques courbes de con m u t a t i o n relevées pour diverses valeurs du s h u n t de réglag la charge r e s t a n t constante (fig. 22).

6.

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fe . $Aur< / OÍ '/37/h i

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F I G . 2 2 . — Effet d'un s h u n t sur les courbes de commutation.

LA HOUILLE BLANCHE

b) Entrefer des póles de c o m m u t a t i o n .

Le s h u n t a g e des póles d e c o m m u t a t i o n présenle quelque- fois de sérieux inconvénients lorsque la valeur du s h u n t esl t r o p g r a n d e et que les v a r i a t i o n s d e eharge sont ü é s b r u s q u e s . II se p r o d u i t , en effet, p e n d a n t ees périodes troublécs, une m a u v a i s e s é p a r t i t i o n du c o u r a n t e n t r e les póles de c o m m u l a - tion, d o n t Timpédance est assez importante» el le s h u n t , dont la self est généralement tres íaiblc. Nous n'exposerons pas iei les artifices auxquels on recourt pour vaincre cet effet; nous nous bornerons á diré qu'il est alors nécessaire de supprimer la plus g r a n d e p a r t i e du s h u n t et de régler la c o m m u t a t i o n p a r l'entrefer des póles auxiliaires.

Le flux é m a n a n t de ees póles est i n v e r s e m e n t proportionnel á la réluctance qu'il r e n c o n t r e d a n s son c i r c u i t ; il est done possible de modifier sa v a l e u r en faisant varier la réluctance.

Cette réluctance c o m p r e n d plusieurs parties : I^o R é l u c t a n c e de la c u l a s s e ;

2^o — d e Fentrefer e n t r e la culasse et la base du póle C²; 3^o — du póle l u i - m é m e ;

4^o — de l'entrefer e n t r e le póle e t Tinduit e^x; 5^o — de l'induit.

L ' é t u d e e x a c t e de Faction des entrefers ^{£ l} et z² est un cas

3 V< i I

3 V< i |

\ 1 ^{1 I}

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2, \ \

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V-.., i - /

7a

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\ \

F I G . 23.

d'espéee, car il faut connaítre la forme g é o m é t r i q u e des diverses parties intéressées, ainsi que les caractéristiques des m a t é - r i a u x qui les composenL

E n g e n e r a l , on peni diré que, pour de faibles variations de l'entrefer, $^r et pour t o u t e variation de z²> ^{K l} déformalion p r o d u i l e sur les courbes esl analogue a cello produile par un s h u n t equivalen!.

C) DÉCALAGE D E S BALÁIS

On comprend q u e le calage des baláis puisse avoir une cerlainc influence sur la c o m m u t a t i o n des generatrices a c o u r a n t eoníinu, puisque, s u i v a n t sa position, on utilise une región différenle du flux des póles auxiliaires.

P r a l i q u e m e n i , d a n s les d y n a m o s , de grosse ])iüssance on ne s'éloigne pas beaucoup du calage sur la ligue n e u l r e .

P o u r déterminer ce calage, on peut utiliser soit la méíhode d e Pieou, soit le relevé des courbes de c o j n m u t a l i o n a vide.

La théorie que nous avons ex]>osée p e r m e t , en t o u t cas, de prévoir la déformalion p r o d u i l e p a r un c h a n g e m e n t de calage des baláis.

Enfin, a l i t r e d'exemplc, nous d o n n o n s , ci-joint, quelques courbes de c o m m u t a t i o n reléveos pour différents calages avee une charge c o n s t a n t e .

R é g l a g e p a r le t e m p s T

Lavgeur des charbons. La largeur des c h a r b o n s determine le t e m p s de c o m m u t a t i o n T, elle constitue, p a r conséquent, u n m o y e n de réglage tres efficace. U n e largeur troj) faible entrame, é v i d e m m e n t , une m a u v a i s e utilisation du flux des póles auxiliaires et risque de causer une s o u s - c o m m u t a l i o n . Au contraire, une largeur t r o p i m p o r t a n t e a u g m e n t e considérablemelit les cou- r a n t s de courl-circuit et cause un échauffement exageré du col- lecteur et des c h a r b o n s . II faut done q u e le c o n s t r u c t e u r étudie, d a n s c h a q u é cas, la largeur o p t i m u m d o n n a n t le mínimum de pertes au collccteur et une m a r c h e sans élincelles.

Nous souhaitons que c e t t e é t u d e puisse r e n d r e quelques services a u x praticiens en leur d o n n a n t sur la commutation des idees un peu moins a b s t r a i t e s q u e celles qu'ils p c u v e n l trou- ver d a n s les traites spéciaux.

Nous souhaitons égalemenl qu'elle p e r m e t t e a u x exploilanls de se r e n d r e c o m p t e des difficultés q u e r e n c o n t r e n t les cons- t r u c t e u r s dans la réalisation de generatrices et de m o t e u r s tou- j o u r s p l u s puissants, d ' u n fonctioiinemcnl irreprochable.

Nous í f a v o n s d'aillcurs eludió d a n s cet arlicle que ce qui se r a p p o r t e a u x d y n a m o s á pas d i a m e t r a l . Les actions electro-- m a g n é t i q u e s d a n s les d y n a m o s a y a n l un b o b i n a g e difieren!

s o n t bien plus complexes et nous nous excusons de ne pouvoir les t r a i t e r dans cet arlicle.