MOTEURS ÉLECTRIQUES

3 6 LA HOUILLE BLANCHE №

M O T E U R S E L E C T R I Q U E S

E T U D E S P É C I A L E D E S M O T E U R S D E R I E T D E S M O T E U R S L A T O U R

M o t e u r s à c o l l e c t e u r s n o u v e a u x u t i l i s é s e n t r a c t i o n é l e c t r i q u e

Nous avons éludié précédemment 0 ) les conditions dans lesquelles pouvaient fonctionner les moteurs à collecteur ali- mentés en courant alternatif monophasé ; ce sont les plus intéressants. Nous les avons classés en trois catégories :

i ° Les moteurs série, toujours compensés aujourd'hui, pour les raisons que l'on sait.

2° Les moteurs à répulsion qui, avec des modifications convenables, concurrencent, souvent malheureusement, les premiers.

3° Enfin les moteurs mixtes, qui participent des précé- dents.

Dans ces moteurs mixtes existent généralement une paire de balais, fermés en court-circuit ou sur des résistances con- venables, et une deuxième paire de balais, en communica- tion plus ou moins compliquée avec le réseau général.

La Société Brown-Bovcri emploie, exclusivement aujour- d'hui, le moteur Déri qui est un moteur à répulsion perfec- tionné. — La Société Westinghouse utilise un moteur série compensé, du reste excellent, dû à son ingénieur en chef américain, M. L a m m e . La Société Oerlikon emploie un moteur série, compensé également, et enfin la So- ciété de J e u m o n t (A.G.E.

N . E . ) , après evoir construit un moteur Lalour de type mixte, semble manifester ses préférences pour le moteur .série-compensé, au moins dans le cas des gros moteurs de traction.

Disons quelques mots du moteur D r a i et du moteur L A T O ira, une élude complète .ayant déjà été faite des moteurs série compensés dans l a pre- mière partie de ce travail.

On pourrait également trouver des détails à ce F I G . 2 8 . — Constitution schéma- sujet dans les ouvrages dé-

lique d'un moteur Déri. j à cités de l'un de nous (²) . M o t e u r D é r i

Ce moteur comporte un inducteur de moteur asynchrone habituel, un induit à collecteur, deux paires diamétrales de balais, faisant entre elles un angle variable que nous dési- gnerons par ¡8.

L'une des lignes de balais est fixe et est calée suivant un axe-interpolaire. La ligne.de balais mobiles est manœuvréc

(^J) Voir La Houille Blanche d'avril et de'cembre 1912.

(-) C o u r s municipal d'Electricité [industrielle, tome II, fascicule n» 2, Geisler, éditeur, P a r i s . Encyclopédie électrotechnique — F a s c i c u l e n» 35

Geisler, éditeur, P a r i s .

par un volant qui sert au réglage de la vitesse et même à l'inversion de marche.

Le système Déri, depuis l'origine, a subi un grand nombre de modifications, m ê m e de principe, qui permettent de dire qu'il consiste essentiellement en un moteur dont le rotor est pourvu de deux paires de.balais, l'une fixe, l'autre mobile, faisant entre elles des angles /? variables. La modification de ces angles /3 de calage permet de faire varier le couple en fonction de la vitesse, donc de régler le moteur.

Dans le moteur Déri dernier modèle, la paire de balais fixes Br, B't, est calée suivant le diamètre des axes interpo- laires. La paire de balais mobiles B^m. B '^{n i i} est calée suivant un diamètre faisant un angle fi avec la première.

B f et B^m, B ' f et B '^m sont deux à deux en communication métallique, sur l'angle (ï <C .

F O R C E É L E C T R O M O T R I C E D É V E L O P P É E DANS L E M O T E U R D É R I ( D E R N I E R M O D È L E ) . — Le flux Y passant par une spire S, aura pour valeur, avec les notations habituelles :.

rp _ ^ £ 2 2 ? C O S / 3 0 c o s ü

(3 angle d'écart par rapport à un axe interpolaire).

— ~ = sin DJ c o s po + pu' sin po c o s

q/J

F I G . 2 9 . — Développement d'un moteur Déri.

Formons l'expression de la force électromotrice totale dé- veloppée dans la section B ' f B ' m (d'ouverture fi). Ce sera;

E^? = * £ S 2 « Ih ^ ^ Q s i n O f c o s p S + ^ ' s i n p î c o s Q ^ d S

E^?J = ^{, h} f ^ i ~ [ o s i n Q / ( s i n ^ -⁷W c o s O / ( c o^S/J3 )^oP]

E^?J [ 0 s i n Q f s i n p 3 ~ / > u ) ' c o s Q ^ c o s / ) ? - i ^ Le courant f'p dans la section aura pour valeur :

— — Q sin pp sin ( kit

18 2 -IxpZo

+ pu? ( i — c o s /)ß j c o s (ut — <p²^

J

On remarquera que :

¥ 2 ]

avec p = résistance d'une spire, X = self-induction d'une spire, ou mieux, quotient de la self-induction totale de la section par le nombre de spires de la section-

Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1913010

F É V R I E R LA HOUILLE BLANCHE ,17

Couple. — Le couple, sur un groupe de spires comprises dans l'angle dî, est :

âC = i ? , n a x c o s Qt c o s po — ^ £ ds ;

En remarquant que :• B^ma,^{x =} P j)i •>

On a donc :

C ^{flpmax DL„ , —— IR t. 7?} ••—-² c o s Qt s î n p 3

D £ 2 l^J 2%p ¹

Remplaçons ip par sa valeur trouvée plus haut : f»²

•* f a n s 4 / > Z²

ou bien :

C =

cos Of sin p ß [ ü sin / j ß s i n (Qr*— <?²) + c o s (Qt — ©²) ( i — c o s / ? ß ) J

[ Q s i n² p ß c o s Qt s i n ( Q f — ?²) - j - />OJ' ( i — c o s p,3) c o s 0 ? c o s ( Q f — ?²) sin / > s j La partie entre crochets peut s'écrire, en mettant en évi- dence sin 2Ùt et cos 2Ût :

Sin^2 Qt ^sjⁿ3 ^ ^ ^{c o g} ^ p,j ç^{ _ ^{c o s} pfysin yj3 s i n e²J

( t - f c o s 2 Q f ) [ 0 1 - 0 ]

— - J l i s i n - y j p S i n ç g — p o ) ( i — c o s p 3 j s i n p | : c o s : ?²

On voit que le couple est fonction de sin pp- On remarquera enfin que ;

/ — •

Zo

V

f + A² Q .0 — Û^:

E n p o s a n t :

e = j / ^pa 4 - >;2 ( Q — Q ' )²

2 ~ Nous aurons donc :

Ctotal = — / ^ [ t

C t o t a l = A^r jyJU)'

sin²*— c o s —

2 2

j

Q c o s — s i n o² —pu>' s i n — c o s 9

2 2

?

]

COS «o s i n — — 0 S i l l Co c o s " — p ß

On construira aisément ce couple et on constatera qu'il a l'allure d'un couple de moteur série.

M o t e u r L a t o u r

Réduit à ses éléments essentiels, on peut concevoir le fonc- tionnement de ce moteur, en dehors de toute question de littérature mathématique, particulièrement abondante et confuse en ce qui concerne ce matériel, de la façon suivante :

Deux paires de balais, l'une et l'autre mobiles, mais inva- riablement calées à QO° l'une de l'autre, peuvent se déplacer sur un collecteur ; l'une des paires est en série avec le stator, ou, si les tensions ou les intensités ne s'y prêtent pas, avec Un transformateur spécial alimenté par le courant du stator ; la seconde paire est fermée en court-circuit sur elle-même.

Appelons B j et B² les balais de la première paire, et b^x et b² ceux de la deuxième paire.

Quand la ligne B¹—B² est située sur un diamètre polaire, la force électromotrice engendrée dans cette section est, Comme l'on sait, en quadrature avec le courant d'armature ; par conséquent, la puissance fournie par le moteur partiel

travaillant en série est nulle. D'autre part, la ligne b^x — 6² est dirigée suivant un diamètre inlcrpolaire. Les forces élec- Iromotrices induites dans la section b¹ b² sont analogues à celles d'un moteur à répulsion ordinaire ; seule existe la composante dynamique du courant principal ; d'autre part, le courant de court-circuit ainsi créé entre b¹ 6² est décalé d'un certain angle ç² par rapport à la force élcclromotrice d'induction correspondante. Entre le champ magnétique inducteur et ce courant I de court-circuit naît un couple qui sera différent de zéro.

F O N C T I O N N E M E N T D U M O T E U R L A T O U R . — Pour la paire de balais b^t b² du moteur à répulsion, la force électromotrice, sera donnée par l'expression :

C = 'hrmax j û COS ( Qt — - j s i n px — pu C O S p x COS

Pour la paire B^x B² : 71²

2izp

E Û c o s Qt sili I p x

i)

— pu*' cos (pz + ^) c o s ^Qt -f-

F I G . 3o. — Fonctionnement du moteur Latour, Partie série. -— La valeur du couple est ;

0 c o s [Qt — - ) eos.px

-f- p w ' c o s Qt sin p a j j 'f'prhax

2 ~ p

I⁰ cos Qt

C ^ i , : - h ^ [ c o s Qt sin Qt Q Cos px

donc

ou enfin :

+ / > w ' c o s² Qt s i n p y . J

C - i e = ^ h [ s i n 2QI (Q COHpl

+ + ^{c o s} 2 Ü ^ j />«' sin p a j

r¹ - ⁿ2 T ^rmax 5 „ ;ⁿ „ . .

Vraoycn scrit ^{_ 2w}> P"' ^{hJ U} P^A

Le couple total série (moyen) est :

G â t a i série - ? / „^ - p J Sin pi = J/⁰/î<JVmaxSin/>«

Partie répulsion. — Nous avons, pour la valeur du couple :

— pu>' c o s 9³ ( i + c o s zptjj O r : Cm — CséHo + L *

38 LA HOUILLE BLANCHE N'^J 2

P o s o n s : Il vient

¡0 — ' O'hp max ou fmax a C^m = -⁹ ' I '²

2TZ pma.x

Formons dC„

dCm

ap sin px -) ^- ( Q sin o² sin p w ' c o s ç² ( [ -f- c o s

2p.z)^J

et égalons à zéro, il vient :

max [ o p² c o s p a + ~ ( q sin <p³ c o s 2 p a + p w ' c o s ç² sin 2 p a ^

j

ap c o s px -\——|h Q s i n ?²c o s 2 p x - L p^w' c o s s² sin 2 p a ) = o équation bicarrée donnant tgpa critique cherchée.

On voit que ces pôles sont presque en opposition de phase avec les courants excitateurs de stator, l'une des compo- santes étant décalée de plus de ^ par rapport à ce courant de stator, l'autre étant décalée de plus de x.

Si B j B² sont voisins des axes interpolaires, 6¹6² des axes polaires, on aura en b^t b„ une véritable démagnétisation,

o u

Si l'on pose :

2 - Z » Il vient :

A COS px -f" Q sill ?² COS 2 p * - j - p i o ' COS s i n Mais c o s 2 p a =

D o n c :

1 — tg°pz

i + ig*pz e t s i n 2 p a =

A / / l + i g²P * + u s i n a i — t g²p * ) + p u ' c o s ! j 5 , équation donnant la valeur cherchée de t g p a .

ipi = O

2 t g / » i + t g²p a

[ïi%px) = o

i l s i n p a >

sNs i n p a <

\ I

pOC donné

O co' ^O

F I G . 3 I . Moleur série.

F I G . 34. — Commulalion du moleur Lalour.

en B^x B² un ilux antagoniste c o m m e dans le moteur série compensé.

Si, au contraire, B j B² est au voisinage des axes polaires, B j B³ aura un effet antagoniste, b^x b², sur les axes inter- polaires, aussi.

La situation des courbes d'induction dans l'entrefer, dues à l'induit, considérée connue, ne se modifiera que peu de la marche à vide à la marche en charge. On pourra ad-

mettre que les inductions in- duites sont à peu près propor- tionnelles en valeur maxima au courant de stator. D'où une quasi compensation dans l'en- trefer.

C'est ce qui justifie à peu près le nom de moteur com- pensé donné au moteur Lalour.

L'élude complète de la com- mutation dans ce moleur de- vrait prendre pour base l'éva-

O Cl)

F I G . 3 2 . — Moleur à répulsion. F I G . 3 3 . — Couple lolal. luation des ilux çf> que la spire commutée doit embrasser pour On voit que si B^t B² est sur les axes interpolaires, nous

aurons un couple optimum au démarrage (couple série maxi- m u m , couple répulsion m a x i m u m ) .

Si au contraire on cale B j B² sur les axes polaires, on aura un couple série nul, un couple répulsion nul aussi.

En somme le réglage s'effectuera encore par le décalage des balais, mais, dans ce moteur, l'écart de deux paires de balais est toujours de 90 degrés.

Sur la commutation dans le moleur Lalour. — Les pôles d'induit série sont aux balais B^x B² ; les pôles répulsion sont en bj b². Ceux-ci sont parcourus par des courants de phases :

Qt — r.— ?.

Qt ?^a

2

e t

COsQt (stator)

On voit que ce moteur comprend en somme deux lignes de balais, donc deux séries de pôles d'induit. Les pôles d'in- duit B j B² sont en phase avec les courants excitateurs ; b¹ 6² sont, au contraire, en phase avec les courants excitateurs de court-circuit :

^ c o s ( û f — ^ - ^ Q s i n p a + p w ' c o s ^ Q / —

a ^{?o I COS} px

être le siège d'une force électromotrice de commutation convenable.

Or ces flux comprennent :

le ilux de stator, fa- cile à évaluer ;

les Ilux d'induit, dus au courant 1 de stator et au courant 1 des balais B j B².

On opérera comme déminent :

Les flux passant dans les spires commutées seront donnés par des asmpacos(Qt— ~

F i c . 3 5 .

expressions de la forme

- d / m a x C O S O n c O S p B : c o s Qt-

- f - p M c o s I Qt — c o s p a c o s I p

2 )Q s i n px + 1

F É V R I E R LA HOUILLE BLANCHE

et ± AI^max c o s Qi c o s po ± BI^max c o s [po — •

j^COS^Q? — ^ 9>² .P* + /^{? ; o}' COSpx COs(ùt — ~ — ÇaJJ Les quatre signes correspondent respectivement aux qua- tre sections de l'induit dans lesquelles peut so faire la com- mutation.

On remarquera, d'autre part, que les courants parcourant les spires sont donnés par des formules à quadruple signe :

* ^ . « » ⁰ ' ^{± !} ^ [ ^û « - ( ⁰ ' - i -

— pu c o s (^Qv-i — j c o s y j a j

Nous n'insisterons pas sur cette étude, renvoyant le lecteur aux mémoires parus sur la matière.

B A R B T I X T O N et G L A R E T .

EMPLOIS SPECIAUX DE L ' E L E C T R I C I T E DANS L E S I N D U S T R Ï F S AGRICOLES

Conférence faite ci la séance de clôture du premier Congrès International des applications de l'électricité à l'Agriculture. Reims, 26 octobre 1912 (Présidence de M. Armand G A U T I E R , membre de l'Institut, délégué par l'Académie des Sciences).

Messieurs,

Le rôle de l'Electricité en agriculture ne se borne pas seu- lement à accroître le rendement des récoltes en activant la végétation et à produire économiquement la force motrice nécessaire aux différentes machines de culture : elle est en- core susceptible d'autres applications qu'il importe aux agri- culteurs de connaître et de savoir mettre à profit. Les dé- penses qu'elles nécessitent sont, en effet, peu élevées et, par un emploi judicieux, elles peuvent être la source de bénéfices importants. Il n'est donc pas sans intérêt de les étudier avec quelques détails.

I . — Stérilisation des liquides et produits destinés à l'alimentation : eau, lait, beurre, etc.

La stérilisation des eaux et des moyens pratiques de la réaliser économiquement intéresse au plus haut point les agriculteurs et les éleveurs. Elle est du reste nécessitée par les infiltrations malsaines qui avoisinent la plupart des ex- p l o i t i o n s agricoles et dues à la présence de matières conta- minées : purin, déchets provenant de porcheries, fromage- ries, caséineries, etc.

Les procédés les plus connus et les plus employés actuel- lement ne sont pas exempts d'inconvénients et de défauts :

La Jillmtion simple donne des résultats généralement mauvais ou tout au moins inconstants ; les filtres à bougie n'ont pas une sécurité suffisante ni un débit assez élevé.

La stérilisation par la chaleur, avec ou sans ébullition, est d'un prix élevé et nécessite des installations généralement compliquées. On sait du reste que dans l'eau en ébullition beaucoup de microbes sont seulement endormis et non tués ; en outre, le liquide perd la presque totalité de l'air qu'il tient en dissolution ou emprisonné ; il est ainsi d'une diges- tion difficile : on dit que l'eau est lourde.

Les méthodes chimiques (emploi des sels de manganèse, du sulfate d'alumine) présentent l'avantage d'être rapides, peu coûteuses et d'agir avec une grande efficacité. Leur seul inconvénient est de donner parfois à l'eau une teinte et un goût désagréables.

Quant aux procédés mixtes, qui résultent de l'emploi si- multané des produits chimiques et de la fillration (sable et chlorure de chaux, sable cl sulfate d'alumine), ils donnent de bons résultats au point de vue de la destruction des mi->

crobes, mais sont trop compliqués pour de petites instal- lations et un usage journalier.

L'ozone ne peut s'appliquer utilement et économiquement que dans les grandes exploitations ou les usines centrales : elle nécessite en effet un matériel encombrant et coûteux et une surveillance à peu près constante. Les procédés ac- tuels (Otto, Siemens et Ilalske, Andréoli, Abraham et Mar- inier, Séguy, Frise, Labbé, etc.) sont néanmoins des plus satisfaisants, à en j u g e r par les grandes installations (usines de Saint-Maur, de Nice, d'Amsterdam) qu'ils ont permis de réaliser dans ces dernières années. Néanmoins de sembla- bles installations ne sont pas possibles dans une ferme ni même dans une grande exploitation agricole où la conduite des machines n'est généralement pas confiée à des spécia- listes.

* * *

Nous arrivons aux procédés les plus en faveur actuelle- ment, ceux qui utilisent les rayons ultra-violets. Ils ont déjà fait l'objet, non seulement de nombreuses expériences', mais aussi d'essais pratiques qui leur ont permis de lutter victo- rieusement avec les méthodes connues jusqu'à ces derniers temps. Toutefois, pour faciliter la compréhension des appa- reils qui utilisent les rayons ultra-violets, il est nécessaire ({'entrer dans quelques détails techniques relatifs à leur na- ture et à leur mode de production. La description des pro- cédés imaginés pour les faire agir avec le m a x i m u m de- rendement se comprendra ensuite plus facilement.

La lumière solaire, ou lumière blanche, qui nous éclaire et nous chauffe, n'est pas uniquement composée de rayons visibles, c'est-à-dire de ceux qui nous permettent de voir les objets situés autour de nous ; elle contient aussi des rayons invisibles, non perceptibles par notre œil, mais dont il est facile de démontrer l'existence par l'expérience suivante :

Faisons arriver un faisceau de lumière blanche sur un pris- me et recevons sur un écran le spectre produit par la réfrac- tion de ses différents rayons. Nous obtenons le spectre solaire classique avec ses différentes couleurs : violet, indigo, bleu, vert, j a u n e , orangé, rouge. Tous ces rayons sont nettement visibles sur l'écran. Certaines substances fluorescentes (éo- sine, fluorescéinc, nitrate d'urane) deviennent lumineuses si on les place sur le trajet de ces différents rayons. Mais ce qu'il est curieux de constater au point de vue qui nous oc- cupe, c'est que ces substances fluorescentes, invisibles dans l'obscurité, continuent à être lumineuses au delà du spectre, après le violet, c'est-à-dire dans une région où notre œil ne perçoit aucune couleur, aucune luminosité. C'est donc qu'il y a dans celte région des rayons analogues à ceux qui ren- dent lumineuses les substances fluorescentes dans la portion visible du spectre. Et, en fait, si nous promenons un tube rempli de nitrate d'urane dans Y ultra-violet (c'est ainsi qu'on désigne la région du spectre située au delà du violet), ce sel acquiert une fluorescence marquée, mais,,cette dernière cesse de se produire si nous continuons à déplacer le nitrate . d'urane au delà de l'ultra-violet.