La mécanique à l'exposition de 1900
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- LA
- MÉCANIQUE
- A l’Exposition de 1900
- Publiée sous le Patronage et la Direction technique d’un Comité de Rédaction
- COMPOSÉ DE MM.
- HATON DE LA GOUPILLIÈRE, G. O. Membre de l’Institut Inspecteur général des Mines, Président
- BARBET, ingénieur des arts et manufactures.
- BIENAYME, C. A; inspecteur général du génie maritime.
- BOURDON (É douard), O. constructeur mécanicien, président de la chambre syndicale des mécaniciens.
- BRULL, #, ingénienr, ancien élève de l’Ecole polytechnique, ancien président de la Société des Ingénieurs civils.
- COLLIGNON (Ed.), O. inspecteur général des ponts et chaussées en retraite.
- FLA NIANT, O. inspecteur général des ponts et chaussées. Il
- Secrétaire de la Rédaction : Gustave
- HIRSCH, O. inspecteur général honoraire des ponts et chaussées, professeur au Conservatoire des arts et métiers
- IN1BS, *, professeur au Conservatoire des arts et métiers et à l'Ecole centrale des arts et manufactures.
- LINDER. C. &, inspecteur général des mines en retraite.
- ROZE, &, répétiteur d’astronomie et conservateur des collections de mécanique à l’École polytechnique.
- SAUVAGE, O. ingénieur en chef des mines, professeur à l’École des mines.
- WALC KENAER, O. ingénieur en chef des mines, professeur à l’École des ponts et chaussées.
- RICHARD, 44, rue de Rennes.
- IV LIVRAISON
- LES APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ
- PAR
- M. P. BUNET
- —otsH-tCT'
- PARIS. VI
- V« CH. DUNOD, ÉDITEUR
- 49, QUAI DES GRANDS-AUGUSTINS, 49
- TÉLÉPHONE 147.92
- 1901
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- TABLE DES MATIÈRES
- Pages
- Avant-propos................... „....................................................... 1
- I. Installations génératrices.................................................................. 1
- II. Transmission à distance de la force motrice................................................. 8
- III. Moteurs électriques........................................................................ 9
- IV. Commande électrique des machines-outils.................................................... 24
- V. Appareils de levage........................................................................ 39
- VI. Traction électrique.....:................................................................ 43
- VII. Électro-métallurgie et électro-chimie...................................................... 57
- VIII. Appareils pour mines..................................... . • . ?........................ 51
- IX. Appareils pour chemins de fer............................................................. 61
- X. Appareils de marine................................................................... 64
- XI. Applications diverses..................................................................... 67
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- LES
- APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ
- A L’EXPOSITION DE 1900
- PAR
- M. P. BÜNET
- AVANT-PROPOS
- L’Exposition universelle de 1900 a pu être appelée à juste titre Y Exposition de l'Electricité. Le développement considérable, et même prodigieux de l’électricité au cours des dernières années du xixe siècle peut justifier cette appellation.
- La Mécanique à VExposition de 1900 ne pouvait faire autrement que de consacrer un de ses fascicules à cette partie si importante de la science et de l’industrie. Cependant, notre publication devant, dans l’esprit de ses fondateurs, avoir pour objectif principal la Mécanique, et, d’autre part, d’autres publications purement électriques, et s’adressant spécialement aux électriciens paraissant parallèlement, nous avons cru devoir limiter cette étude seulement à l’indication des applications intéressant plus particulièrement les ingénieurs et constructeurs mécaniciens, en ne décrivant qu’un certain nombre d’applications réellement importantes, et en nous attachant à faire surtout ressortir les progrès généraux réalisés pendant ces dernières années.
- I. — Installations génératrices.
- Nous devons dire quelques mots tout d’abord des installations génératrices d’électricité établies à l’Exposition.
- L’énergie électrique nécessaire pour l’éclairage et le service des moteurs était fournie par des groupes électrogènes servant en même temps d’expositions pour les grandes maisons de construction de machines à vapeur et de dynamos, de France et d’étranger.
- La liste de ces machines comprenait 19 groupes français, et 19 groupes étrangers, représentant une puissance totale de 36.000 chevaux pour les machines à vapeur, et environ 20.000 kilovaüs pour les dynamos (8.000 pour le courant continu et 12.000 pour le
- La Mécan. à VExpos. — N° 17.
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- 2 — 17 LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
- courant alternatif) se répartissant aussi en 8.000 pour la France et 12.000 pour les expositions étrangères.
- Ces courants étaient livrés par les soins de l’administration, le courant continu tel quel, le courant alternatif après avoir été en grande partie transformé en courant continu à 500 volts.
- Au point de vue mécanique, ce qui frappait tout d’abord, c’est que toutes ces dynamos étaient à couplage direct sur l’arbre de la machine à vapeur. C’était la première fois qu’il nous était donné de voir cela dans une de nos Expositions universelles. Ce mode d’attaque des dynamos ne s’est, en effet, répandu d’une manière générale que dans le cours de ces dix dernières années, depuis que Ton a à installer des unités électrogènes de grande puissance. En mettant à part la question de l’économie d’emplacement, toute en faveur du couplage direct, il est intéressant de compare^ l’attaque des dynamos par courroie, au couplage direct quant au prix.
- Les données ci-dessous se rapportent à la moyenne des prix pour lesquels on peut se procurer actuellement les dynamos à courant continu des modèles exposés :
- 1° Puissance de 50 kilowatts. — Une dynamo tournant à 600 tours par minute, destinée à être conduite par courroie, avec ses glisssières pour le réglage de la tension de cette dernière, coûte 5.000 francs, et la courroie nécessaire 400, soit un total de 5.400 francs.
- Couplée directement avec une machine à vapeur faisant 160 tours par minute, le prix est de 11.000 francs, et à 100 tours seulement, de 14.000 francs.
- 2° Puissance de 100 kilowatts. — Attaque par courroie à 450 tours : 8.500 francs, et avec la courroie 9.200 francs.
- A 160 tours : 17.000 francs.
- A 100 tours : 20.000 francs.
- 30 Puissance de 300 kilowatts. — Attaque par courroie à 350 tours : 16.000 francs au total.
- A 160 tours : 22.000 francs.
- A 100 tours : 28.000 francs.
- A 75 tours : 35.000 francs. •
- 4° Puissance de 300 kilowatts. — Attaque par courroie à 300 tours : 22.000 francs au total.
- A 100 tours : 35.000 francs.
- A 75 tours : 42.000 francs.
- 5° Puissance de 500 kilowatts. — Attaque par courroie à 275 tours : 33.000 francs au total.
- A 100 tours : 45.000 francs.
- A 75 tours : 56.000 francs.
- A partir de 300 kilowatts, on a tout intérêt à employer le couplage direct : le rendement devient de 3 p. 100 au moins supérieur relativement à la commande par courroie, tant par la dynamo elle-même, que par la perte inhérente à la transmission par courroie ou par câbles.
- Prenons comme exemple les chiffres cités plus haut pour 500 kilowatts. Entre la commande directe et l’attaque par courroie, il y a 12.000 francs de différence. Si l’on a une différence de rendement de 3 p. 100, on gagne par heure de marche :
- 500 X 0,03 = 15 kilowatts-heures.
- En supposant que l’on brûle 2 kilogr. de charbon par kilowatt-heure, la différence est de 30 kilogr. de charbon par heure.
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- LES APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ
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- Si le prix est de 30 francs les 1.000 kilogr., pour compenser la différence de prix il faudra une marche de
- 12.000
- 30. 0,03
- 13.300 heures.
- Pour une dynamo faisant un service de 12 heures par jour, en trois ans on aura amorti la différence de prix.
- Si l’on fait intervenir l’usure plus grande de tous les organes marchant à de grandes vitesses, ce temps se trouve de beaucoup réduit. Nous n’avons pas parlé des machines à vapeur à grande vitesse (Willans, Carels, Delaunay-Belleville, turbines, etc.) qui augmentent encore l’avantage de la suppression des courroies.
- Pour des machines plus faibles, comme 50 ou 100 kilowatts, le rendement est à peu près égal, ou plutôt inférieur avec la commande directe, et sauf dans les cas où l’économie d’emplacement s’impose, elle n’est guère adoptée, excepté avec des machines à vapeur ou des turbines à grande vitesse.
- Les grosses dynamos sont ainsi devenues, en quelque sorte, partie intégrante des machines à vapeur (ou des turbines) auxquelles elles sont accouplées. Les constructeurs ont donc été conduits à donner de grands diamètres aux dynamos, pour tâcher de donner à leur partie mobile le même moment d’inertie qu’au volant placé ordinairement, et supprimer celui-ci tout en ayant le même effet régularisant.
- Il convient de remarquer qu’aux points de vue de la régularité de la vitesse de la machine, et de la fixité du voltage des dynamos, le couplage direct n’a pas d’avantages par lui-même.
- Si on a une dynamo à couplage direct, la partie tournante étant de masse M, de
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- rayon de giration p, de vitesse angulaire o>, la force vive emmagasinée est w2 p2.
- Si on commandait par courroie une dynamo plus petite, géométriquement semblable,
- . . 1
- on aurait une force vive égale à -jj-M7 o/2 p'2.
- Si nous supposons la puissance d’une dynamo proportionnelle à la vitesse angulaire et au cube des dimensions linéaires, et que la commande par courroie multiplie la vitesse angulaire par n, nous aurons, en supposant ces deux machines de même puissance :
- De là il vient :
- M= n M'
- o/ = n (o P
- P' = 3j—-
- V n
- M' o>2/ p'2 = M co2 p2 y/V
- La force vive emmagasinée est donc plus grande avec la commande par courroie. Supposons une partie de cette force vive employée pendant un temps dt à fournir un travail d avec une baisse de vitesse d to :
- d <êT=d
- 1 M w2 p2
- 2
- = M p2 to dii)
- d S*
- d to =
- M p2 a)
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- LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
- et
- dw d ?T
- G) M p2 G)2
- . de même
- d w/ __ d tr
- G)' “ M' p'2 g/2
- est la variation proportionnelle de vitesse,
- donnant pour la machine un coefficient
- de régularité de vitesse ou de différence de potentiel, et-------- est plus grand que
- G)
- d G)'
- ——, ce qui
- est à l’avantage des courroies.
- Ceci est encore augmenté par ce fait, que lorsque Ton commande par courroie, il y a déjà un volant sur la machine à vapeur, ne serait-il placé que pour y enrouler la courroie.
- Il est vrai que nous avons supposé des machines semblables, ce qui n’est pas généralement la disposition adoptée ; on donne, en effet, la plupart du temps, un plus grand nombre de pôles à la machine de faible vitesse, ce qui fait augmenter p.
- Une dynamo à couplage direct permettant la suppression du volant de la machine à vapeur doit donc être dimensionnée autrement que si elle devait être commandée par courroie, et on doit dans chaque cas examiner si l’on a vraiment avantage à faire cette suppression.
- Le coefficient de régularité des moteurs (c’est-à-dire le quotient du plus grand écart entre la vitesse instantanée et la vitesse moyenne pendant un tour, par cette vitesse
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- moyenne) est généralement demandé non supérieur à pour les alternateurs, etg^pourles
- dynamos à courant continu.
- Sauf avec des conditions spéciales, comme nous aurons occasion d’en parler plus loin, les machines à vapeur monocylindriques se trouvent ainsi écartées des stations centrales à courant alternatif, tandis qu’il n’est pas nécessaire d’avoir des machines à plusieurs cylindres, dans le cas où rbu désire produire du courant continu.
- La plupart des alternateurs exposés sont à induit fixe, et inducteurs mobiles; l’inducteur est constitué par une série de bobines traversées par du courant continu, et tournant à l’intérieur de l’induit. En général, le diamètre est considérable, et l’épaisseur dans le sens parallèle à l’arbre faible. Les pôles inducteurs peuvent être simplement fixés sur le volant ordinaire de la machine à vapeur, dont la jante est utilisée comme couronne magnétique.
- Pour les dynamos à courant continu, il en est autrement. Jusqu’à présent on a toujours fait les machines avec inducteurs fixes et induit mobile ; aucune tentative ne figure à l’Exposition en vue de la disposition inverse : il faudrait dans ce cas faire tourner les balais, et laisser le collecteur fixe. Si l’on donnait à l’induit mobile un grand diamètre, on augmenterait les difficultés de construction du collecteur et des connexions s’v rattachant ; la machine serait beaucoup plus coûteuse car, en plus de cela, les inducteurs extérieurs, de diamètre considérable, seraient très pesants. Aussi la dynamo à courant continu emmanchée directement sur l’arbre du moteur a-t-elle gardé la forme et les proportions de la dynamo commandée par courroie; il faut alors laisser un volant sur l’arbre, l’effet de l’induit n’étant pas suffisant pour amortir assez les inégalités de vitesse pendant un tour. Ceci explique ce fait paradoxal, que beaucoup de constructeurs suppriment (fîg. 1) le volant des alternateurs, qui ont besoin d’une grande régularité de vitesse,,et que tous
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- LES APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ
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- le laissent aux dynamos à courant continu qui peuvent très bien fonctionner avec des variations de l’ordre de 2 p. 100.
- Un fait qui frappe au premier abord dans le Palais de l’Electricité, c’est que presque toutes les dynamos sont absolument semblables les unes aux autres eu égard à la forme générale et aux principes appliqués. Si les sections étrangères ont des machines plus puissantes, et surtout beaucoup mieux présentées et disposées que la section française, c’est dans celle-ci que l’on rencontre des formes tout à fait originales, et marquant un réel progrès; nous voulons parler des alternateurs compound et des alternateurs asynchrones.
- Les alternateurs sont toujours construits pour donner une différence de potentiel constante. Lorsque leur charge augmente, cette différence de potentiel décroîtrait si l’on
- Q_.<S —O
- Fig. 1. — Alternateur de 2000 kilowats de la Société Ilélios en service dans la section allemande avec la machine à vapeur Nuremberg et Augsbourg 70 tours.
- ne modifiait pas le courant d’excitation. On s'impose, la plupart du temps, que, pour une même excitation, la chute de voltage entre la marche à vide et la marche à pleine charge ne soit pas supérieure à un certain nombre de volts. Ceci correspond souvent à une mauvaise utilisation du fer et du cuivre entrant dans la construction de la machine, car cette chute de tension limite la puissance de beaucoup de machines qui auraient pu supporter aux points de vue électrique et mécanique une charge plus considérable. Les alternateurs compound réglant automatiquement le voltage à une valeur fixe quelle que soit la charge, permettent une meilleure utilisation de ces matériaux.
- La dynamo de 700 kilowatts construite par la maison Bréguet (machine à vapeur de Delaunay-Belleville à grande vitesse, d’après M. Boucherot, dont nous avons parlé plus haut, est un alternateur compound.
- Un autre exemple d’alternateurs compound est donné par la machine exposée par la maison Grammont, à Pont-de-Chérui, avec une excitatrice du système deM. Maurice Leblanc.
- Les machines asynchrones sont plus intéressantes pour le mécanicien constructeur de machines à vapeur ou turbines. Dans toute station génératrice, il faut avoir un certain nombre d’unités. Si la distribution de l’électricité se fait à potentiel constant, ce qui est le
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- LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
- cas le plus général, lorsque le débit dépasse celui qui peut être normalement fourni par une machine, on associe en parallèle plusieurs machines, chacune d’elles fournissant la totalité des volts, et les ampères étant répartis entre elles proportionnellement à leur puissance.
- Avec le courant continu, il n’y a aucune difficulté. Si la vitesse d’un moteur vient à varier, la force électromotrice de la dynamo correspondante s’abaisse ou s’élève, et il n’en résulte qu’une répartition un peu différente des ampères entre les machines. Les volts restent à peu près constants, et d’autant plus qu’il y a plus de dynamos en parallèle.
- On doit remarquer que la régularité de vitesse pendant un tour est notablement accrue lorsque l’on met en quantité les dynamos attaquées par chacun des moteurs à vapeur. En effet, la charge se répartit entre les dynamos proportionnellement à la force électromotrice qu’elles développent, laquelle varie comme la vitesse. Pour fixer les idées, supposons deux machines de 500 volts 1.000 ampères, reliées en quantité, et commandées par des machines à vapeur donnant une vitesse constante à un pour cent près, les deux machines débitant en tout 2.000 ampères. Soient E et E AE les forces électromotrices des deux dynamos, T leurs résistances intérieures, I, et I2 les courants qu’elles débitent.
- It -f Ia = 2.000
- Si e est la différence de potentiel obtenue :
- E — Y It = e E -(- A E — Y L, = e
- Y(Ia-I1) = AE
- AE peut atteindre 2 p. 100 de E, lorsqu’une machine se trouve en avance et l’autre en retard : AE =10 volts. Si Y = 0,01 ohm :
- I2 — I, = 1.000 ampères It = 500 —
- Is = 1.500 —
- Or, en pratique on est loin de constater des oscillations semblables des courants débités; tout au plus, dans le cas considéré, atteindra-t-on 100 ampères de différence entre les intensités. Gela tient à ce que, dès qu’une machine augmente de vitesse, sa charge augmente, ce qui la ralentit, et que si elle baisse de vitesse elle est immédiatement soulagée.
- On comprend donc que la marche en quantité, de dynamos à courant continu, n’offre aucune difficulté.
- Avec le courant alternatif et les dynamos ordinaires, la question est plus compliquée. A l’Exposition, toutes les dynamos à courant continu en service étaient mises en parallèle au tableau central, sans que l’on ait eu à s’inquiéter des. différents modes de construction des dynamos ou des machines à vapeur ; quoique chacun des groupes ait été dirigé par un personnel n’ayant aucun moyen de communiquer avec celui des autres groupes, la marche générale a été très bonne, sinon irréprochable. Au contraire, à l’Exposition, il n’existait pas deux alternateurs en parallèle : il était du reste inutile de songer à essayer de le faire. C’est pourquoi toutes les machines à courant continu étaient
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- LES APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ELECTRICITÉ 17-7
- à 250 ou 500 volts, potentiels imposés par l’Administration, tandis que les constructeurs d’alternateurs ont fait comme bon leur semblait eu égard aux volts, fréquence et au nombre de phases.
- Pour associer des alternateurs en quantité, il faut, en effet, que les courants ondulatoires donnés par les diverses machines soient absolument en synchronisme. Les forces électromotrices étant proportionnelles à la vitesse, à chaque instant, et pour chacune des machines, il s’ensuit que les divers moteurs commandant les dynamos doivent avoir une marche absolument synchrone, ce qui est impossible.
- Heureusement, après le couplage des dynamos en quantité, si une des machines vient à retarder ou avancer par rapport aux autres, il se produit entre les dynamos des échanges de courant donnant toujours lieu à un couple synchronisant. La marche devient alors possible. Mais les machines subissant ce couple ne reviennent à leur position d’équilibre synchronique qu’après une série d’oscillations pendulaires de part et d’autre de cette position. Si la période de ces oscillations peut résonner avec quelque chose, elles se répètent indéfiniment. Les coups de piston, les dimensions des pièces en mouvement, etc., peuvent ainsi occasionner une résonnance mécanique, donnant lieu à des courants très intenses passant continuellement d’une machine à l’autre* ce qui est toujours très gênant, et quelquefois un obstacle absolu à une marche satisfaisante.
- Disons en passant qu’un perfectionnement important a été introduit, dans ces dernières années. Le circuit amortisseur imaginé par MM. Hutin et Leblanc diminue beaucoup l’importance de ces échanges de courant. Cet amortisseur est constitué par des barres de cuivre nojmes dans les pièces polaires de l’inducteur, près de l’alésage. Toutes ces barres sont réunies, dans presque tous les cas, par deux cercles de cuivre placés sur les deux faces de la machine autour des inducteurs. L’ensemble forme donc « cage d'écureuil ». Le synchronisme se rétablit en grande partie, avec l’emploi de ce circuit fermé sur lui-même, par un couple créé par la machine hors de synchronisme elle-même induisant des courants intenses dans l’amortisseur dès qu’elle sort de sa position d’équilibre : les autres machines ne sont donc que peu intéressées par cette remise en phase.
- L’Exposition possédait deux exemples de cette disposition : la dynamo Farcot de 850 chevaux à 2.200 volts biphasés, et l’alternateur de 3.000 kilowatts, le plus puissant de l’Exposition, construit par l’Allgemeine Elektricitaets Gesellschaft de Berlin. L’emploi de l’amortisseur a permis à la maison Farcot de conserver son type de machines monocylindriques pour la commande des alternateurs. Si le rendement à l’indicateur est moins élevé que pour certaines machines à expansions multiples (en chevaux par kilogramme de vapeur), les pertes par frottement sont beaucoup moins considérables, et.la machine est plus sensible au régulateur. Quoique le coefficient de régularité propre à la machine à
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- vapeur ne soit pas meilleur que ^ ou avec les machines Farcot monocylindriques, les
- alternateurs du même genre que celui de l’exposition fonctionnent admirablement en quantité à l’Usine du secteur des Champs-Elysées et à celle de la Société d’Eclairage et de Force à Saint-Ouen.
- Les alternateurs asynchrones reposent sur le principe suivant : une partie mobile à circuit électrique non reliée à la ligne à desservir tourne à une vitesse angulaire w ; elle est le siège de courants induits par la partie fixe avec une fréquence 3, tandis quela partie fixe fournit le courant aux appareils extérieurs avec une fréquence (w — (3) = a. La fréquence fr est très faible et seulement 1 à 3 p. 100 de a. La machine tourne donc avec une vitesse w légèrement supérieure à celle correspondant à la fréquence x. Pour que les inconvénients dont nous avons parlé disparaissent, il suffit que a soit le même pour tous les appareils mis en parallèle. Si une ou plusieurs de ces machines sont associées en quantité avec un alternateur donnant un courant de fréquence a, et que la vitesse angulaire w varie un peu, il s’ensuit une
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- LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
- variation de [3 telle que (« — j3) reste égal à a. Quoique les machines ne soient pas synchrones mécaniquement, elles pourront l’être électriquement. Ceci a pour effet d’augmenter l’aptitude des machines à vapeur et des turbines à la marche en quantité, et de supprimer à la mise en marche l’obligation presque absolue de la concordance de phases avant le couplage, quelquefois difficile à établir.
- Ges dynamos ne sont pas encore entrées en pratique, et on ne peut dire encore si elles supplanteront les machines sychrones; mais il y a tout lieu de prévoir qu’elles se répandront.
- M. Leblanc exposait un alternateur asynchrone de 75 kilowatts, construit depuis plusieurs années, qui ne tourne pas à l’Exposition, mais qui a été en service à l’Usine de la Société d’Eclairage et de Force à Saint-Ouen.
- L’alternateur de 700 kilowatts de M. Boucherot, construit par la maison Bréguet, que nous avons déjà cité, peut aussi fonctionner comme dynamo asychrone.
- Les dynamos à courant continu de l’Exposition ne montraient guère, sauf au point de vue des dimensions, de différences marquées avec des types'* construits il y a une dizaine d’années. Les perfectionnements portent surtout sur la diminution des étincelles au collecteur; les balais métalliques ont fait maintenant presque partout place aux blocs de charbon.
- II. — Transmission, à distance, de la force motrice.
- La force motrice est transmise dans l’Exposition principalement avec 500 volts continus, au moyen de 3 fils, donnant 250 volts entre les fils extrêmes et le fil central. Les dynamos à 500 volts dont nous venons de parler sont branchées sur les fils extrêmes, et celles de 250 sur l’un ou l’autre des ponts. Nous n’insisterons pas sur ce système, connu depuis longtemps et fort employé.
- La quantité d’alternateurs polyphasés à haut voltage montre la tendance actuelle pour le transport de la force motrice à longue distance. L’électricité est produite dans des stations centrales avec machines à vapeur, ou au voisinage des chutes d’eau. Des sous-stations transforment en courant à basse à tension, le plus souvent en courant continu.
- Comme exemples nouveaux de ce qui précède, soit dans l'Exposition, soit aux environs, nous pouvons citer :
- Le Chemin de fer de Paris à Orléans, prolongement jusqu’au quai d’Orsay. L’usine, située près du pont Tolbiac, à Paris, fournit 5.500 volts triphasés; trois sous-stations sont établies à la gare d’Austerlitz, au quai d’Orsay, et à la station génératrice même ; elles transforment le courant triphasé en courant continu à 500 volts pour l’éclairage et la traction, soit par des groupes formés d’un moteur sychrone à 5.500 volts actionnant une dynamo à 500 volts continus, soit par des transformateurs abaissant la tension à 300 volts alternatifs qui sont envoyés dans des convertisseurs ou commutatrices livrant 500 volts continus sur leur collecteur.
- Le Chemin de fer de l’Ouest (nouvelle ligne Paris-Versailles) a son usine aux Mouli-neaux, avec 5.500 volts triphasés et des sous-stations à la gare du Champ-de-Mars, à Meudon et Viroflay ; la transformation se fait en 500 volts continus, au moyen de commutatrices.
- La plate-forme mobile et le chemin de fer électrique recevaient leur courant de la station Westinghouse située sur le quai près du pont d’Iéna, dans laquelle on transformait du courant triphasé en continu à 500 volts au moyen soit de convertisseurs, soit de moteurs asynchrones actionnant des dynamos à courant continu.
- Dans l’Exposition étaient installés plusieurs convertisseurs recevant le courant des
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- LES APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ 17 — 9
- machines du Palais de l’Electricité, et placés aux Invalides, aux Champs-Elysées, etc. (Alioth, Thomson-Houston,...).
- Mention spéciale doit être faite du système de M. Thury, dont le matériel est construit par la Société « L’Industrie Electrique de Genève ». Ce système est particulièrement avantageux dans les pays de chutes d’eau, et lorsqu’il existe un certain nombre de centres d’industrie à alimenter de force motrice, dans un rayon de plusieurs dizaines de kilomètres.
- M. Thury emploie le courant continu à intensité constante. Au lieu de faire comme dans les distributions à potentiel constant, dans lesquelles on fait croître les ampères proportionnellement à l’énergie demandée, on fait parcourir le circuit par un nombre d’ampères constants, et on laisse les volts monter proportionnellement h la puissance à distribuer. Le premier avantage est celui-ci : on ne peut faire emploi du courant continu au-dessus de 3.000 volts environ ; il faut le transformer; si l’on emploie le potentiel constant, on est donc amené à avoir des sous-stations transformatrices. Avec l’intensité constante, au contraire, comme les volts sont partagés entre les moteurs selon leur puissance, on pourra toujours s’arranger pour que le voltage de chacun d’eux à sa pleine charge, ne soit pas excessif. La sécurité est augmentée, car les fils, ayant des potentiels très différents, sont ainsi loin des autres. Enfin le prix est considérablement diminué. Pour une distribution ayant 50 kilomètres de développement et transportant 10.000 chevaux à 25.030 volts, il suffit de 300 ampères, et on aura, en tout, 50 kilomètres de fîl de 1 centimètre carré de section pour perdre moins de 10 p. 100 dans la ligne; la ligne ne coûtera que 90.000 francs, soit 9 francs par cheval, et 0 fr. 36 par cheval-kilomètre moyen, et il n’y a lieu d’ajouter à ce prix que la pose et le coût des générateurs et moteurs. Chacun des moteurs pouvant absorber jusqu’à 3.500 volts, les plus gros moteurs que l’on pourra installer seront de 3.500 x 300 = 1.030.000 watts, ou 1.200 chevaux.
- • La vitesse d’un moteur électrique donné, toutes choses égales d’ailleurs, étant proportionnelle à la différence de potentiel entre les balais, et la puissance dans le système de M. Thury variant proportionnellement aux volts, on n’aurait que des moteurs à couple constant et vitesse proportionnelle à la charge, s’il n’y avait pas de dispositif spécial. M. Thury a amené la vitesse à être constante en combinant un régulateur à force centrifuge qui agit sur le courant d’excitation du moteur à régler, ainsi que sur la position des balais sur le collecteur.
- Depuis l’installation de Gênes en 1889, la puissance transportée au moyen de ce système a atteint 17.500 chevaux. La dernière application, celle de Saint-Maurice à Lausanne, est faite pour 5.000 chevaux , sur un parcours d’une cinquantaine de kilomètres. Une dynamo et un moteur de 500 chevaux, destinés à cette installation, figuraient dans la section suisse de l’Exposition.
- Quoique ce procédé soit connu depuis longtemps, c’est seulement depuis les tentatives de M. Thury qu’il est employé pour de grandes forces motrices.
- III. — Moteurs électriques.
- Les moteurs électriques étaient en nombre très considérable dans l’Exposition, la force motrice nécessaire aux différents appareils en service étant fournie presque uniquement par l’électricité, à 500 volts ou 250 volts continus. Une faible portion des moteurs en mouvement était alimentée par les courants alternatifs des secteurs avoisinants.
- Les expositions des différents constructeurs électriciens montraient les efforts qu’ils ont
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- faits pour, rendre pratique et avantageux l’emploi de leurs moteurs. Ces appareils se présentent sous deux formes bien distinctes : les moteurs à courant continu et les moteurs à courant alternatif.
- Les moteurs à courant continu ont (fîg. 2 et 3) un collecteur, avec des balais amenant le courant à l’induit mobile. Ce collecteur est toujours la partie délicate de ces machines, car si des étincelles s’y produisent elles peuvent amener une détérioration assez rapide. Ces étincelles peuvent être dues à deux genres de causes : la machine est défectueuse au point de vue électrique, ou elle est défectueuse au point de vue mécanique. Les défauts électriques proviennent d’une mauvaise proportion donnée aux diverses parties de la machine par celui qui l’a établie ; les défauts mécaniques proviennent le plus souvent d’un manque de
- Fig. 2. — Moteur à courant continu. 50 chevaux de la Société des Établissements Portel Vinay.
- solidité du collecteur, dont les lames se déplacent et font sauter les balais, ou d’une mauvaise construction de ces porte-balais. Malgré cela, la plus grande partie des moteurs exposés présentent, à ces deux points de vue, les plus grandes garanties de bonne marche ; on voit que tous les efforts des constructeurs se sont portés là.
- Les moteurs à courants alternatifs simples, munis de collecteurs, sont rares. Les étincelles sont beaucoup plus à redouter qu’avec la marche à courant continu. Leur facilité de démarrage sous charge les fait seulement employer quand les mises en marche et les arrêts doivent être fréquents. Aussi, les ascenseurs de Paris, qui se servent de courants alternatifs simples des Secteurs des Champs-ERsées et de la Rive gauche, à Paris, les utilisent-ils d’une façon presque absolue. Ils sont construits, en particulier, par les usines du Creusot. Ces moteurs ne sont, en somme, que des moteurs à courant continu ; si l’on
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- change à la fois le sens dn courant dans l’induit et l’inducteur d’une machine à courant continu, le couple reste de même signe, et, par conséquent, le sens de rotation reste le même. Si l’on alimente un moteur à courant continu, excité en série avec du courant alternatif, il prendra donc un mouvement de rotation ; la principale précaution à prendre est de faire les inducteurs en tôles assemblées au lieu de les faire en fonte, afin d’éviter une trop grande production de courants de Foucault.
- Fig. 3. — Induit de moteur à courant continu (non bobiné) Bullock Electric C°.
- Le moteur sérié a l’inconvénient de baisser de vitesse au fur et à mesure que la charge augmente, tandis que le moteur excité en dérivation a une vitesse sensiblement constante. Mais il est impossible d’employer le moteur en dérivation avec du courant alternatif, à cause de l’inégalité forcée de self-induction entre l’induit et l’inducteur; les
- Fig. 4. — Moteur asynchrone à courants polyphasés Fig. S. — Cage d’écureuil de
- de VAUgemeine Elektricitæts Gesellschaft avec bagues. moteur asynchrone.-
- courants d’excitation et d'induit ne changent pas de sens en même temps, et le couple ne reste pas toujours de même signe; on peut obtenir cependant un couple moyen d’un sens déterminé, mais la puissance est très notablement diminuée.
- Les moteurs synchrones, à courant alternatif simple ou à courants alternatifs polyphasés, sont, au point de vue de leur construction, identiques aux alternateurs. Un
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- prenier inconvénient est qu’ils exigent du courant continu pour leur excitation; de plus, ils îe sont pas des couples de démarrage suffisants. Ils ne sont employés que dans des circmstances spéciales, intéressantes surtout pour les électriciens, ou bien il faut leur adjandre un servo-moteur pour le démarrage.
- Les moteurs à courants alternatifs dits asynchrones, ou à champ tournant, ont pris un léveloppement très marqué depuis leur apparition industrielle à l’Exposition de Fraicfoft-sur-Mein en 1891 (Moteurs de l’Allgmeine Electricitæts Gesellschaft (fig. 4) et des Ateliers d’OErlikon). Tous les constructeurs ont, depuis cette époque, créé des séries de cîs appareils de toutes les puissances.
- En employant le courant alternatif monophasé, des moteurs à champ tournant ont un couple de démarrage faible ou nul. Il faut les démarrer à vide, et leur donner souvent une impulsion à la main. Cependant certains constructeurs ont des dispositifs pour
- Fig. 6. ” Fig. 7.
- Moeur asynchrone à cage d’écureuil Moteur triphasé à démarrage brusque
- de la Société Gramme. de la maison Farcot.
- opér<r les démarrages sous charge réduite. Ces moteurs sont beaucoup moins avantageux que es moteurs à courant polyphasé, dont nous allons parler.
- kvec les courants polyphasés on a des couples de démarrage assez intenses pour que les ajplications puissent devenir nombreuses. Rappelons en quelques mots la disposition de es moteurs. Une partie fixe ou stator reçoit les courants polyphasés de la ligne, une parti» mobile ou rotor est le siège de courants induits par le stator ; cette partie mobile n’est pas en relation avec la source de courant. Il n’y a pas de collecteur.
- Les moteurs de faible puissance ont un rotor constitué (fig. 5) par une cage d’écureuil forime de barres de cuivre placées selon les génératrices du cylindre des tôles constituant le noyau magnétique ; ces barres sont réunies à leurs deux extrémités par des anneaix de cuivre. Il n’y a donc aucun contact mobile dans le moteur.
- Malheureusement on ne peut faire que de petits moteurs de cette façon ; par exemple la So»iété Gramme (fig. 6), dans la série qu’elle expose, va jusqu’à 10 chevaux, la maison Sautfer jusqu’à 3 chevaux, la Compagnie générale électrique de Nancy descend jusqu’à 1 che-
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- val environ, la Société Hélios les fait jusqu a 8 chevaux, quoiqu’elle fasse des moteurs du type à bagues dont nous parlons un peu plus loin, à partir de 2 chevaux. Ces différences de puissance limite tiennent surtout aux points de vue différents auxquels se placent les divers constructeurs et applications qu’ils ont visées plutôt qu’à des différences de construction. Il est évident que l’on pourra aller beaucoup plus loin comme puissance-limite des moteurs à cage d’écureuil, si l’on veut leur faire attaquer des ventilateurs qui ont un couple résistant presque nul à la mise en marche au lieu d’appareils ayant un couple indépendant de la vitesse, et même plus considérable au départ comme dans la commande d’une transmission d’atelier.
- Au-dessous de quelques chevaux, le moteur à cage d’écureuil ne peut démarrer facilement en charge; il faut donc ou lui adjoindre un embrayage, ou compliquer la construction. Selon les cas, on recourt à l'une ou l’autre solution ; mais, en général, il vaut
- Fig. 8. — Moteur triphasé à démarrage progressif de la maison Farcot.
- mieux se passer de l’embrayage. M. Maurice Leblanc a indiqué la solution depuis une dizaine d’années : les gros moteurs à cage d’écureuil — ou à rotor de faible existence électrique — ne démarrent pas, ou ne démarrent qu’avec un courant énorme dans le stator, parce que les courants induits dans le rotor, lorsqu’il est immobile, ont un effet opposé de ceux du stator, et neutralisent leur action; il faut donc s’opposer à la formation de ces courants intenses, et pour cela il n’y a qu’à augmenter la résistance du rotor au moment du démarrage. Cette résistance sera diminuée et ramenée à une valeur analogue à celle d’une cage d’écureuil ordinaire lorsque le moteur sera lancé. Au lieu de barres de cuivre, on devra (fîg. 8) mettre sur le rotor des enroulements aboutissant à des bagues sur lesquelles frotteront des balais reliés à des rhéostats dont la résistance sera réglée par le déplacement d’une manette. La plupart des constructeurs ont maintenant adopté cette disposition.
- La maison Bréguet seule fait des moteurs à champ tournant, différemment. Les moteurs de quelques chevaux sont des moteurs ordinaires à cage d’écureuil. Pour les moteurs plus
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- puissants, elle a adopté la disposition de M. Boucherot, qui conduit à une construction analogue, et permet de supprimer complètement tout frotteur, ce qui est une réduction de l’entretien. Au lieu d’un stator, il y en a deux (fig. 9 et 10). L’un de ceux-ci peut tourner concentriquement à l’arbre, au moyen d’un levier ou d’une vis sans fin, selon le poids de la partie mobile. Le rotor est formé de deux cylindres de tôle placés en face de chacun des stators. Des barres de cuivre sont montées sur ces tôles selon les génératrices. Aux deux extrémités de l’appareil, toutes les barres du même système sont réunies par un anneau en cuivre. A leurs extrémités en r.egard, les barres des deux systèmes sont réunies ensemble par un anneau de maillechort très mince, ou d’un autre alliage de grande résistance électrique. Au démarrage, les deux stators sont décalés l’un par rapport à l’autre, de telle façon que les forces électro-motrices', le long d’une même génératrice, soient de sens opposé dans les deux systèmes ; les courants, pour se fermer, devront donc emprunter un passage dans le cercle de maillechort, de manière que chacun d’eux ne
- Fig. 9. — Moteur asynchrone Boucherot construit par la maison Bréguet.
- Fig. 10 — Double cage d’écureuil de moteur Boucherot construit par la maison Bréguet.
- trouve plus en regard une force électro-motrice égale et opposée. On a donc introduit une résistance pour le démarrage. Au fur et à mesure que la vitesse s’accélère, on tourne le stator mobile et, en marche normale, il est placé parallèlement à l'autre. Les courants se ferment alors comme dans une cage d’écureuil ordinaire.
- Les différents types de moteurs que nous venons de signaler peuvent suggérer les comparaisons suivantes : les moteurs à courant continu ont une infériorité sur les autres, c’est la présence de leur collecteur; ils ont une grande supériorité au point de vue du démarrage qui peut être obtenu, sous forte charge, avec moins d’intensité que dans les moteurs à courant alternatif. Les moteurs à courant alternatif, du moins ceux dits à champ tournant, ont comme avantage principal leur simplicité : la question de démarrage est toujours leur point faible, et donne lieu souvent à plus d’ennuis que le collecteur des moteurs à courant continu.
- Pendant son démarrage, entre la vitesse zéro et la vitesse de régime, un moteur quelconque à courant continu a un rendement propre qui peut être assez élevé, et qui, dans tous les cas, n’est pas lié d’une manière absolue avec la vitesse. Ainsi, pour fixer les idées, supposons qu’un moteur dissipe sans produire de travail utile, et transforme en chaleur :
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- Pour son excitation........................ 3 p. 100
- Par résistance de l’induit................. 3 —
- Par hystérésis............................ . 2 —
- Par courants de Foucault................... 1 —
- Par frottements ........................... 3 —
- Total : 12 p. 100
- son rendement est de 88 p. 100.
- Si le moteur est à demi-vitesse, avec même intensité de courant et diminution de moitié des volts appliqués, on aura approximativement comme puissance perdue dans le moteur :
- Pour son excitation.................... . .
- Par résistance de l’induit.........
- Par hystérésis...........................
- Par courants de Foucault.................
- Par frottements..........................
- Total :
- 6 p. 100 6
- 2 -
- 0,5 —
- 3 —
- 17,5 p. 100
- Le rendement propre du moteur est encore de 82,5 p. 100.
- Au contraire, les moteurs à champ tournant, quoique asynchrones, tournent en marche normale, aux environs du synchronisme, avec une vitesse inférieure de 2 à 10 p. 100 à celle correspondant à la marche synchrone. C’est le glissement qui est presque nul lorsque le moteur n’est pas chargé et qui croît lorsque l’on augmente le couple résistant. Le. rendement d’un tel moteur est toujours plus petit que le rapport entre sa vitesse et celle du synchronisme, de sorte que le rendement maximum que puisse avoir un moteur à cage d’écureuil, pendant son démarrage, ne peut dépasser 50 p. 100 en moyenne.
- Avec le courant continu, le rendement, pendant le démarrage, est beaucoup plus petit que le rendement propre du moteur, puisque l’on doit dépenser une certaine quantité d’énergie dans le rhéostat de mise en marche ; mais ce qu’on dépense dans le rhéostat ne chauffe pas le moteur. Les moteurs à cage d’écureuil conservent toute cette chaleur (qui représente une énergie plus grande que la force vive à accumuler) ; les moteurs à bagues sont supérieurs à ce point de vue, car le rhéostat peut en absorber une proportion appréciable.
- Si les démarrages doivent être fréquents, ceci, joint à la supériorité de couple du moteur à courant continu, et de l’élasticité de sa marche, doit le faire préférer. Au contraire si le moteur ne doit démarrer que peu souvent, le courant alternatif peut être souvent aussi un peu plus avantageux.
- Les moteurs à bagues sont moins robustes que les moteurs à cage d’écureuil, puisque leur partie mobile est bobinée avec un certain nombre de spires de fil, au lieu d’être formée de barres rigides. L’ennui de la disposition de M. Boucherot (maison Bréguet) est que, pour mettre en marche le moteur, il faut toucher à des leviers, et par conséquent être auprès de lui, ce qui n’est pas toujours possible. Pour remédier à cela, M. Boucherot signale que l’on peut, au lieu de déplacer les deux stators l’un par rapport à l’autre, les laisser fixes, et déplacer simplement la phase des courants au moyen de commutateurs, placés loin du moteur s’il est nécessaire.
- La forme extérieure des moteurs, leur facilité de pose et de visite, leur encombrement ont été pour les constructeurs une préoccupation, du reste justifiée, car si le nombre des industriels employant des moteurs électriques a crû considérablement depuis quelques années, le nombre des constructeurs s’est accru au moins dans les mêmes proportions. La concurrence a fait naître un grand nombre de formes pratiques et d’un usage commode, ainsi qu’en témoignent nos gravures.
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- Le graissage de tous les moteurs électriques se fait maintenant avec des bagues ne nécessitant aucune surveillance et réduisant de beaucoup la dépense d’huile. Pour les moteurs à courant continu, le déplacement des balais en fopction de la charge a été rendu nul ou négligeable. Les balais métalliques produisant plus d’étincelles et susceptibles de gripper sur le collecteur ont été remplacés par des balais de charbon.
- On fait des moteurs se fixant aux plafonds (fig. 11), le long des murs, etc. L’économie, ainsi que la bonne utilisation des matériaux et la considération du rendement maximum,
- Fig. H. — Moteur de la Bullock Electric C°, à courant continu se fixant au plafond.
- exigent une vitesse tangentielle de la partie tournante relativement grande (10, 15 et même jusqu’à 25 mètres par seconde), ce qui conduit forcément à une vitesse angulaire beaucoup trop grande, en général, lorsque l’on veut actionner une transmission ou un outil. Aussi beaucoup de constructeurs disposent-ils (fig. 12, 13, 14, 15) un arbre intermédiaire dont les paliers sont venus de fonte avec la carcasse, réduisant cette vitesse, avec le minimum d’encombrement, soit par poulies de friction, soit par engrenages, soit par vis sans fin. L’industriel faisant acquisition d’un de ces moteurs n’a ainsi aucunement à s’occuper de transmissions, soit par courroie, soit autrement.
- Dans les endroits où l’on doit craindre les étincelles, ou la présence d’un corps à haute température, il est dangereux de mettre un collecteur dont les balais peuvent faire des
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- étincelles ou quelquefois rougir, soit par mauvais calage des balais, soit par défaut d’un bloc de charbon. On a beaucoup reproché cela aux moteurs à courant continu, pour l’application dans les mines, les filatures de coton, les moulins, etc.
- Les moteurs à courant alternatif ont cet inconvénient à un bien moindre degré. S’ils sont à bagues, il pourra y avoir des étincelles ; ce fait se présente quelquefois lorsque les balais grippent sur les bagues, si ce sont des balais métalliques, ou si, pour une cause
- Fig. 12. — Moteur asynchrone à courant alternatif avec réduction de vitesse par engrenage de YAllgemeine Elektricilaets Gesellschaf't.
- quelconque, le contact devient très mauvais. Cet inconvénient est écàrté dans qui n’ont' aucun frotteur ; mais ils ne peuvent donner la sécurité absolue ; moteur électrique peut brûler : il suffit d’un manque d’isolement entre deux
- les moteurs en effet, un fils voisins,
- Fig. 13. — Moteur asynchrone à courant alternatif avec réduction de vitesse par engrenage
- de la maison Schuckei't.
- pour porter une partie des fils à une température très élevée dépassant souvent le point de fusion. Le mieux est donc d’adopter des moteurs blindés, absolument étanches dans tous les cas où les chances d’incendie sont à redouter, et de choisir le courant continu ou le courant alternatif selon le travail à effectuer.
- Les moteurs blindés (fîg. 16, 17, 18, 19, 20) sont à la mode en ce moment. L’Exposition en renferme des types nombreux ; ils ont l’avantage de pouvoir se placer dans un endroit La Mécan. à VExpos. — N° 17.
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- quelconque. Mais ils ont l’inconvénient de coûter plus cher, et d’avoir une puissance beaucoup plus faible que le même moteur non enfermé. En effet, la puissance d’un moteur, au point de vue électrique, est à peu près égale au cube des dimensions linéaires, tandis que sa surface refroidissante n’est que proportionnelle au carré de ces dimensions. Si le rendement est le même, quel que soit le moteur, ce qui est à peu près exact (à 5 p. 100 près entre 5 et 100 chevaux), il s’ensuit un désavantage marqué des moteurs de forte puissance dès qu’ils sont blindés. En comparant les divers moteurs fermés et ouverts, dans les expositions des différents constructeurs, on pouvait constater que si les moteurs de 1 cheval ouverts et
- Fig. 14. — Moteur à courant continu avec réduction de vitesse par engrenage de YAllgemeine Elektricitaets Gesellschaft.
- fermés sont de dimensions comparables, il y a un rapport de 1 à 2 entre leur volume lorsqu’on atteint 50 chevaux. Il convient donc de ne les employer que lorsque cela est nécessaire (dangers d’incendie, moteurs placés en plein air, etc.), et de se servir des moteurs ouverts dans les autres cas.
- L’Allgemeine Elektricitaets Gesellschaft et quelques autres maisons font aussi (fig. 21, 22, 23, 24) des moteurs montés sur chariot pouvant se déplacer et qui peuvent être très utiles dans les ateliers et chantiers de construction ; l’appareil de manœuvre est aussi porté sur le chariot, et il suffit de placer les fils dans les prises de courants pour que l’on puisse actionner un outil à l’endroit où cela est nécessaire. Plusieurs de ces moteurs portent aussi
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- un réducteur de vitesse, pour que l’on ait un arbre tournant à une vitesse convenable pour les besoins de la pratique.
- Pour terminer cet exposé des divers moteurs que l’on peut voir à l’Exposition, disons quelques mots des dispositifs permettant d’obtenir des variations de ^vitesse pouvant être obtenues électriquement.
- La vitesse d’un moteur à courant continu étant proportionnelle, toutes choses égales d’ailleurs, à la différence de potentiel appliquée entre ses balais (au moins d’une manière suffisamment approximative en pratique), pour faire varier la vitesse d un tel moteur, il
- Fig. 15. — Moteur à courant continu avec réduction de vitesse par poulie de friction de l’Allgemeine Elektricitaets Gesellschaft.
- suffit de mettre en série une résistance réglable absorbant un nombre variable de volts. Ce procédé conduit à un abaissement du rendement proportionnel à l’abaissement de vitesse ; de plus, lorsque la charge varie et qu’il y a une résistance en série avec le moteur, le nombre de volts absorbés dans le rhéostat variant la vitesse du moteur change aussi. Les moteurs à champ tournant peuvent aussi être réglés d’une façon analogue, mais avec de pareils inconvénients, et, pour eux, il n’y a pas d’autre procédé que celui-ci.
- Au contraire, avec le moteur à courant continu, on peut avoir une variation de vitesse sans intéresser le rendement en agissant sur le courant d’excitation. Un moteur excité en dérivation avec les inducteurs, peut spécialement une vitesse augmentée de 20 p. 100 au minimum par augmentation de la résistance. La diminution du courant d’excitation diminue le couple et augmente donc la vitesse. Si on augmente trop cette résistance en
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- série avec les inducteurs, on doit craindre les étincelles aux balais, le flux magnétique de la machine devenant insuffisant. Plusieurs dispositifs permettent de diminuer beaucoup plus le courant d’excitation, ce qui amène une variation de vitesse bien supérieure à 20 p. 100. On arrive à faire des moteurs avec réglage de la vitesse uniquement par le champ, par des dispositifs comme les suivants :
- La maison Sautter-Harlé a construit une série de dynamos et moteurs avec pièces polaires supplémentaires excitées en série avec l’induit créant un champ inducteur au point de commutation des spires. Une telle disposition permet des démarrages beaucoup plus
- Fig. 16. — Moteur blindé de 1 à 20 chevaux de la Société des Établissements Postel-Vinay.
- Courant continu.
- brusques, sans avoir à craindre d’étincelles aux balais, et se prête aussi mieux à une diminution de courants dans les électros principaux qu’un moteur ordinaire.
- La maison Salmson, constructeurs de pompes, exposait une pompe actionnée par un moteur construit par la Société des Etablissements Postel-Vinay, suivant la méthode dite de Rvan. Dans tout moteur électrique à courant continu, il y a une certaine proportion entre les ampère-tours sur l'inducteur, et ceux qui se trouvent sur l’induit. Si l’on diminue l’excitation, la vitesse augmente, et le plus souvent, en même temps, les ampères de l’induit. Lorsque les ampères-tours de l’induit (croissant avec la vitesse) sont au-dessus d’un rapport donné avec ceux de l’inducteur (diminuant avec la vitesse), les étincelles
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- apparaissent aux balais. Ls moteur de la pompe Salmson a ses pièces polaires fendues, et on a enroulé autant de tours de fil dans les fentes qu’il y en a sur l’induit ; on fait passer dans ce bobinage le courant absorbé par l'induit, de sorte que les ampère-tours de l’induit
- Fig. 17. —Moteur blindé de 40 chevaux à courant continu de la Société Ilélios.
- sont complètement opposés et égaux à ceux développés par cet enroulement supplémentaire. L’effet magnétisant de l'induit devient nul, et on peut diminuer considérablement l’excitation sans avoir à redouter d’étincelles.
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- Au lieu d’agir sur le champ magnétique, on peut augmenter ou diminuer le nombre des spires induites, ce qui diminue ou augmente la vitesse. Mais comme l’induit tourne, et que, d’autre part, son mode de construction ne se prête pas à des couplages de spires, on fait sur le même noyau de tôles deux bobinages séparés aboutissant à deux collecteurs placés à chacune des extrémités de l’induit, et on se sert de l’un ou de l’autre, ou de tous les deux.
- La Compagnie française des Voitures électro-mobiles, dont les fiacres circulent dans Paris, a adopté cette forme de moteur qui était exposée par la Société des Etablissements Postel-Vinay et la maison Sautter-Harlé. Les deux bobinages sont identiques ; si l’on met les deux collecteurs en série, on obtient la vitesse 1; si on les réunit en quantité, la vitesse devient 2.
- Moteur fixé à une~colonne.
- Moteur suspendu.
- Fig. 18 à 20. — Moteurs à courant continu de la Compagnie Générale Electrique de Nancy.
- Le moteur Bouquet-Garcin-Schivre a deux bobinages avec l’un spires et l’autre 3n spires aboutissant chacun à un collecteur. Les vitesses relatives obtenues sont les suivantes :
- avec les deux collecteurs en série ;
- avec un des collecteurs ;
- avec l’autre collecteur;
- avec les deux collecteurs en opposition.
- Les vitesses intermédiaires pouvant être obtenues par le réglage de l’excitation, ces moteurs permettent une variation de vitesse dans le rapport de 4 à 1, par échelons insensibles.
- La maison Bréguet expose une dynamo dite « Lanhoffer », qui repose sur un principe analogue (couplage des spires induites). Cette machine est établie en vue d’obtenir une dynamo à vitesse constante et voltage variable; elle pourrait être établie aussi comme moteur à voltage constant et vitesse très variable.
- Ces dispositions peuvent souvent être très avautageuses, non seulement pour le cas particulier de l’automobilisme (moteur de la Compagnie des Voitures électro-mobiles et moteur Bouquet-Garcin-Schivre), mais aussi dans les ateliers, toutes les fois que l’on désire obtenir vitesse constante pendant le travail à effectuer, et variable avec la nature de ce travail.
- Nous devons aussi signaler le freinage électrique. Lorsque l’on désire arrêter brus-
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- Fig. 21.
- Moteur transportable à courant continu de VAllgemeine Elektricitaeti Geseltschaft.
- Fig. 22.
- Moteur transportable à courant continu de VAllgemeine Elektricitaets Gesellschaft.
- Fig. 23. — Moteur à courant continu transportable de la Société Gramme. Puissance 1 cheval.
- Fig. 24. — Moteur à courant continu transportable de la General Electric Company.
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- quement un moteur à courant continu, il suffit de le séparer de la ligne d’alimentation et mettre son induit en court-circuit. Des dispositifs, d’ailleurs très simples, permettent d’obtenir à ce moment un courant d’excitation convenable pour que le moteur se transforme en dynamo. L’induit étant fermé sur une résistance très faible est le siège d’un courant I sous une force électro-motrice E. Le moteur s’arrête dans un temps T tel que :
- El dl = y ~m V2. 2
- En général, l’arrêt est excessivement brusque; si l’on désire modérer cette action, au lieu de mettre l’induit en court-circuit on le ferme sur une résistance.
- Ce procédé d’arrêt est très employé, et beaucoup d’appareils de mise en marche le possèdent. En coupant le courant du moteur, on passe avec ces appareils à la position correspondant au freinage.
- Les moteurs à champ tournant ne peuvent s’arrêter facilement au moyen d’un procédé analogue : cela tient à ce que, si les dynamos à courant continu sont absolument identiques aux moteurs, les moteurs asynchrones ou à champ tournant diffèrent des dynamos asynchrones dont nous avons parlé en signalant leur apparition.
- Prix actuel des moteurs électriques. — Les prix ci-dessous sont des moyennes donnant la valeur des moteurs à courant continu à 110 volts, avec vitesse allant de 1.500 à 2.000 tours pour 1 cheval à 200 à 300 pour 100 chevaux. Le prix est à peu près le même, peut-être légèrement inférieur, pour les moteurs à champ tournant avec courants polyphasés.
- Les moteurs à voltage plus élevé, 440 ou 500 volts, coûtent un peu plus cher (de 5 à
- 10 p. 100),
- 1 cheval 300 fr. Prix du cheval .300 fr.
- 5 chevaux 750 — . 150
- 10 — 1.100 — 110
- 20 — 1.600 — 80
- 50 — 3.600 - 72
- 100 — 6.800 — 68
- 125 — 8.000 ’ — 64
- 150 — 9.400 — 63
- 200 — 12.000 60
- IV. — Commande électrique des machines-outils.
- Les avantages nombreux des transmissions électriques ont eu pour effet de les faire adopter d’une façon presque absolue dans tous les ateliers de mécanique.
- Le plus souvent, il y a une dizaine d’années, on plaçait dans chaque atelier, ou pour chaque groupe d’outils, un moteur électrique supprimant les courroies ou renvois depuis la machine à vapeur jusqu’à cet atelier, ce qui est déjà très avantageux. On songea aussi à mettre, dans beaucoup de cas, un moteur séparé par outil; l’indépendance des machines est utile dans beaucoup de cas. Mais les constructeurs de machines-outils
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- LES APPLICATIONS MÉCANIQUES DE L’ÉLECTRICITÉ
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- livraient toujours leurs appareils comme auparavant; ils étaient munis, d’une manière plus ou moins heureuse, de poulies pour attaque par courroie, et le moteur électrique remplaçait simplement la poulie de commande de la transmission principale. Ceci avait de nombreux inconvénients : tout d’abord, la simplicité que l’on peut obtenir par des transmissions électriques était loin d’être atteinte; souvent même il était impossible de combiner les
- Fig. 25. — Machine à mortaiser à commande électrique des Ateliers d’Oerlikori.
- vitesses des machines-outils et des moteurs, ainsi que les dimensions des poulies, sans avoir recours à un arbre intermédiaire. Déplus, les constructeurs indiquaient la puissance à fournir à leurs outils d’une manière très approximative, généralement au-dessous de la réalité, ce qui exposait à des accidents le moteur électrique.
- Le besoin de quelque chose de mieux se manifestant, ce quelque chose, comme d’habitude, ne tarda pas à apparaître. Le moteur électrique devint (fig. 23-i2) une partie de
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- l’outil qu’il a charge de conduire. Pour cela, il y eut soit entente entre les constructeurs-mécaniciens-électriciens, soit fabrication de l’ensemble par la même maison.
- Le premières machines bien comprises dans cet ordre d’idées ont été faites en Amérique; les autres pays suivirent de près, et quoique les constructeurs français se soient laisser distancer, l’Exposition nous montre qu’il y a une tendance générale à adopter cette solution.
- On peut ainsi supprimer totalement les courroies et renvois, mais on arrive aussi à faire produire le maximum à chaque machine par l’emploi d’un moteur et de ses appareils de mise en marche judicieusement choisis.
- Non seulement les parties principales du moteur doivent faire corps avec l’outil, et souvent venir de fonte avec une de ses pièces, mais aussi ses enroulements doivent-ils être
- \
- Fig. 26. — Raboteuse (Bullock C°).
- combinés avec la nature du travail à effectuer. L’appareil commandant la mise en marche, les diverses vitesses, l’arrêt, et s’il est nécessaire le freinage et le changement de sens de rotation, doivent être bien à portée de la main de l’ouvrier, et être robustes. Ce dernier point est peut-être le plus délicat; beaucoup d’industriels, en effet, ont été désagréablement surpris de constater une usure très rapide de tous les commutateurs faisant partie
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- d’appareils très soignés d’autre part, surtout à cause des étincelles attaquant les surfaces
- Fig. 27. — Fraiseuse verticale. Société Alsacienne de constructions mécaniques.
- frottantes et les faisant gripper. Jusqu’à ces dernières années, cette question à'appareillage
- Fig. 28. — Machine à raboter à course de 7500 mm. de Niles Toot Works C°. Le moteur électrique change automatiquement de sens de rotation à fin de course.
- avait été reléguée au dernier plan par la plupart des constructeurs, et il n’v a que peu de temps que des modèles bien soignés sont fabriqués.
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- Un grand nombre de machines n’exigent qu’un moteur à vitesse constante : on adoptera donc soit les moteurs à champ tournant, soit les moteurs à courant continu excités en dérivation. Si l’on a besoin de faire varier cette vitesse de régime, on pourra obtenir ce résultat, comme nous l’avons déjà dit, par un rhéostat en série avec l’induit du moteur à courant continu, ou des rhéostats intercalés dans le rotor du moteur à champ tournant. Ce procédé, outre l’abaissement de rendement, a l’inconvénient de faire varier beaucoup la vitesse si la charge n’est pas bien uniforme. 11 vaut mieux recourir aux combinaisons dont nous avons parlé plus haut, en employant le courant continu.
- Dans d’autres cas, on peut avoir intérêt à ne pas avoir la vitesse constante pendant le travail; c’est ce qui se présente avec les machines à mouvement alternatif, comme les raboteuses, mortaiseuses, etc. La pièce à travailler n’est attaquée qu’à l’aller de la machine, et le retour doit se faire le plus rapidement possible. On peut obtenir cela, comme on le fait le plus souvent, par deux rapports de vitesses donnés par engrenages
- Fig. 29. —Poinçonneuse (Bullock C°).
- ou courroies. Mais il est aussi facile'de se passer de cette complication en attaquant la machine au moyen d’un moteur à courant continu excité en série.
- Si l'on considère les courbes caractéristiques d’un moteur excité en série, on voit que le couple croît plus vite que la charge, et que, par conséquent, la vitesse décroît avec la charge.
- On pourra proportionner un moteur série, de telle manière que le rapport entre les vitesses pendant l’aller et le retour de l’outil soit assez grand, sans qu’il y ait lieu de
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- changer les transmissions entre l’arbre du moteur et l’outil. On peut aussi pour un moteur
- Fig. 30. — Machine à percer de VAllgemeine Electricitaets Gesellschaft. donné, modifier le rapport de ces vitesses par le changement de l’excitation. Avec un moteur
- Fig. 31. — Moteur électrique avec'flexible actionnant une mèclie, delà Société Gramme. excité en série, il suffit de mettre en dérivation avec l’inducteur une petite résistance for-
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- mée d’une simple bande de cuivre ou de maillechort, ni chère ni encombrante. L’introduction de ce conducteur changera d’autant plus le rapport des deux vitesses, que sa résistance électrique sera plus faible.
- Certains moteurs portent un double enroulement inducteur, et sont dénommés « moteurs compound ». L’un de ces enroulements est en dérivation sous la différence de potentiel totale; l’autre est en série avec l’induit, et parcouru par le même courant que lui.
- Au début, cet enroulement en série était souvent placé en opposition de l’enroulement en dérivation. Si la vitesse tendait à baisser avec la charge, l’effet des spires en
- Fig. 32. — Machine à percer (Bullock C°).
- série diminuant l’excitation proportionnellement à cette charge, on pouvait obtenir une vitesse indépendante de la puissance absorbée entre certaines limites. Mais ceci avait des inconvénients, d’abord au point de vue des étincelles aux balais, et ensuite de l’inversion possible et brusque du sens de rotation en cas de surcharge.
- Aujourd’hui, les moteurs excités simplement en dérivation ne baissent presque pas de vitesse avec la charge, et cet artifice est inutile. Mais on emploie les moteurs compound avec enroulements en série et en dérivation ajoutant leur effet magnétisant. Lorsque l’on veut démarrer très rapidement un moteur, il vaut mieux employer un moteur excité en série, car on est sûr que quel que soit le moteur et quel que soit le courant absorbé à la
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- mise en marche, ces courants seront égaux dans l’induit et l’inducteur. Mais un moteur série ne peut être employé lorsqu’on a besoin d’une vitesse constante; il faut alors un moteur en dérivation. Il peut arriver, en cas de démarrage rapide, que le courant dans l’induit atteigne une trop grande intensité à cause de la self-induction des inducteurs; cet effet se fait d’autant plus sentir que le moteur est plus petit et fonctionne à voltage plus élevé; il en résulte des étincelles aux balais, et une détérioration rapide du moteur. Pour parer à cela, on munit souvent l’inducteur d’un enroulement en série, dans lequel le courant est toujours le même que dans l’induit, et qui assure une aimantation suffisante. L’in-
- Fig. 33. — Machine à percer radiale double à commande électrique pouvant servir de machine à tarauder des Ateliers cVOerlikon. Diamètre du plateau 8 m. Puissance de chacun des moteurs : 3 chevaux. Dimensions maxima des trous 60 mm. 400 de profondeur.
- convénient de ce dispositif est de faire baisser un peu la vitesse avec la charge; cette objection peut encore être levée par la mise en court-circuit de l’enroulement série dès que la vitesse de régime est atteinte, ce qui est fait quelquefois automatiquement par l’appareil de mise en marche.
- L’électricité peut recevoir sur les machines-outils d’autres applications que celle de la force motrice à fournir. L’adhérence magnétique est utilisée pour la fixation des pièces. La pression obtenue entre une pièce de fer ou d’acier et les pôles d’un électro-aimant peut être très suffisante pour qu’il soit possible de travailler cette pièce sans avoir à la fixer d’une autre manière. Elle est placée sur la machine sans que rien ne gêne la précision ; la manœuvre d’un simple commutateur envoyant un faible courant dans une bobine, la fixe dans la même position.
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- Fig. 34. — Machine à percer univei selle radiale et roulante de la maison Collet et Engelhard
- àOffenbach.
- Fig. 35. — Tour (Bullock C°).
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- Fig. 36. — Tour à décolleter. Hauteur 200 mm. [Société Alsacienne de Constructions mécaniques).
- Fig. 37. —Machine à fraiser et à mortaiser le bois avec commande électrique [Ateliers d'Oerlikon).
- Moteur d’un cheval.
- La Mécan. à l’Expos. — N° 17.
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- La pression est donnée par la formule :
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- p=-ç— dynes par centimètre carre.
- OTT
- B est l’induction électromagnétique, qui peut être portée à 15.000 unités CGS très facilement, et souvent à 20.000. La pression atteint alors 9 et 16 kilogrammes par centimètre carré, très suffisante dans beaucoup de cas.
- Fig. 38. — Scie à bois de YAllgemeine Elektricitaets Gesellschaft.
- La maison Brown et Sharpe expose à Vincennes une machine à rectifier les outils à découper d’acier trempé au moyen d’une meule d’émeri ; dans cette machine, la pièce est seulement fixée par adhérence magnétique.
- La maison Sautter-Harlé présente au Champ-de-Mars une machine à percer les plaques d’acier, formée d’un électro-aimant en U ; au milieu des branches descend la mèche actionnée par un petit moteur électrique. L’ensemble est d’une forme très réussie.
- Il faut signaler les tours à reproduire, dont un est exposé par la maison Christofle dans l’exposition d’orfèvrerie des Invalides. Si l’on veut graver autour d’une pièce cylindrique
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- une série d’ornements répétés plusieurs fois, il suffît de dessiner un des motifs en grande échelle sur un autre cylindre. On couvre les parties de ce cylindre devant rester en creux sur la pièce, par de la cire. Ce cylindre-maquette tourne en même temps que la pièce avec un rapport de vitesse fixé par des engrenages que l’on peut changer à volonté. Un contact électrique ayant lieu pendant tout le temps qu’un petit balai ne touche pas la cire, envoie le courant dans un électro-aimant qui fait reculer l’outil. Dès que le balai touche la cire,
- Fig. 39. —Machine universelle à travailler le bois à commande électrique. [Ateliers d'Oerlikon).
- cet outil attaque la pièce. On reproduit autant de fois que l’on veut le motif dessiné à la cire, et à l’échelle que l’on désire par le seul changement des engrenages. La gravure obtenue, sur des timbales par exemple, est des plus fines.
- Machines à imprimer. — Les machines rotatives, comme celles employés pour l’impression typographique, exigent une vitesse constante et doivent être munies d’un moteur en dérivation ou d’un moteur à courant alternatif; au contraire, les machiner à
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- impression lithographique, à mouvement alternatif, exigeant jun couple considérable au
- Fig. 40. — Presse hydraulique (Bullock C°).
- moment de l’encrage, gagnent à être commandées par un moteur à courant continu excité
- Fig. 41. — Meules d’émeri actionnées par moteur électrique de la Société Gramme.
- en série ; le mouvement est d’ailleurs le même que celui d’une raboteuse ou mortaiseuse, dont nous avons parlé plus haut.
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- Pour ne pas gêner les abords de la machine et supprimer les courroies, on a placé sur la plupart des machines exposées des moteurs attaquant (fîg. 43) le volant par friction
- Fig. 42. — Machine à polir de VAllgemeine Elektricitaets Gesellschaft.
- ou par engrenage, et logés entre ce volant et le bâti de la machine, ou des moteurs à accouplement direct sur l’arbre.
- Certains, comme Schelter et Giesecke, à Leipzig, ont un rhéostat faisant varier la
- Fig. 43. — Moteur blindé à vitesse lente de la Société des Établissements Postel-Vinay pour la commande de presses à imprimer et machines analogues. Il se place entièrement entre le bâti et le volant qu’il attaque généralement par friction.
- vitesse, dont la manette porte une aiguille se déplaçant sur un cadran, et indiquant le nombre d’exemplaires tirés à l’heure. D’autres, comme la Vereinigte Maschinenfabrik
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- (Augsbourg et Nuremberg), qui expose une machine colossale, ont (fîg. 44-46) des appa-
- Fig. 44. — Appareil de mise en marche pour moteurs électriques de la General Electric Company.
- A gauche, cylindre principal terminé en bas par une partie utilisée au freinage. A droite, cylindre inverseur.
- Fig. 45.
- Rhéostat de démarrage pour moteurs. Maison Farcot.
- reils de mise en marche des mieux compris et permettant d’obtenir facilement les variations de vitesse les plus considérables. ,
- Fig. 46. — Appareil de mise en marche et réglage de vitesse pour machine à imprimer (Bullock C°).
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- Machines à papier, machines pour teinturerie. —- Ces machines sont analogues aux machines à imprimer à cylindres. Elles exigent aussi un moteur à vitesse constante. Pour faire varier le débit, on peut agir sur la vitesse du moteur et supprimer tout changement dans les renvois de mouvement. Par exemple, la maison Gebauer expose une machine à rouleaux pour feinturerie, munie d’ün moteur Siemens et Halske à courant continu avec deux collecteurs. Les appareils de réglage de'vitesse sont disposés sur un petit tableau qui paraît très pratique. ..
- V. — Appareils de levage.
- Les appareils de levage commandés électriquement ont fait leur apparition dans l’Exposition bien avant son ouverture, puisque de nombreux engins ont dû servir au transport et à Linstallation des-machines exposées.
- Fig. 47. — Treuil électrique de monte-charges construit par
- la Société des Établissements Postel-Vinay.
- Les deux plus importants qui seront décrits en détail dans une autre livraison sont : la grue Titan, construite par la maison Jules Le Blanc et desservant la section française, et le pont roulant de la maison Cari Flohr, de Berlin, utilisé par les sections étrangères. Ces deux appareils sont restés en place pendant la durée de l’Exposition et seront employés lors du démontage.
- Très différents comme forme extérieure et comme dispositions mécaniques, ils ne le sont pas moins au point de vue électrique. Le pont roulant allemand est vraiment un appareil électrique, tandis que la grue française utilise plutôt des combinaisons mécaniques.
- Le pont roulant Cari Flohr est d’une force normale de 25 tonnes. La translation, qui peut se faire avec une vitesse maxima de 30 mètres par minute, est commandée par un moteur de 26 kilowatts à 115 tours, actionnant par roues d’angles deux axes verticaux
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- qui transmettent leur mouvement à l’arbre horizontal portant les galets au moyen d’une vis sans fin à double filet.
- Le mouvement du chariot est assuré par un moteur de 8 kilowatts à 500 tours actionnant une vis sans fin à triple filet.
- Le levage est fait par deux moteurs excités en série de chacun 18 kilowatts; la transmission se fait également par vis. Le mécanisme d’élévation de la charge porte un frein à sabots destiné à produire l’arrêt instantanément dans la position exacte. Ce frein est commandé par un levier qui est attiré lorsqu’on envoie le courant dans un électro-aimant.
- Toutes les inversions et variations de vitesse se font par la manœuvre des appareils
- Fig. 48. — Treuil électrique de la maison Sautter-Harlé.
- électriques. Les rhéostats sont d’une constitution toute particulière. Le courant arrive au fond d’une boîte dans laquelle est introduite une certaine quantité de graphite en poudre. Le courant traverse ce graphite jusqu’à une aiguille métallique liée à un axe vertical par lequel sort le courant. Pour faire varier la résistance, il suffit de faire varier la longueur de graphite traversée par le courant ; cette longueur étant celle qui sépare le point d’arrivée du courant dans la boîte de l’aiguille, il suffira de faire tourner l’axe.
- La grue Titan Le Blanc est également d’une puissance nominale de 25 tonnes. La translation peut se faire avec une vitesse de 24 mètres à la minute, au maximum, lorsqu’on ne transporte aucune charge ; cette vitesse peut varier entre 4 et 20 mètres à la minute lorsque la grue transporte 30 tonnes. Le moteur électrique actionnant cette translation est d’une puissance de 15 kilowatts. Il est situé sur la plate-forme inférieure, et son mouvement est transmis aux roues par engrenages et deux arbres inclinés. Le mouvement de
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- translation est tout à fait manœuvré d’une façon distincte des deux autres au moyen d’un commutateur réglant la vitesse et le sens de rotation ; c’est, du reste, la seule concession qui ait été faite dans tout l’appareil, aux manœuvres électriques.
- La volée pivotante de la grue, le levage du crochet et la translation du chariot sont mus par un seul moteur de 12 kilowatts, excité en dérivation et sans aucune disposition
- Fig. 49 et SO. — Moteur pour tramways de la Compagnie Ilélios.
- pour la variation de la vitesse. Il actionne un arbre central qui attaque par courroies ces trois mouvements. La mise en marche, les diverses vitesses, les changements de sens se font mécaniquement; les engrenages sont seuls employés, à l’exclusion des vis sans fin. Cette construction est critiquable au point de vue électrique, puisqu’on perd une grande partie de la simplicité apportée par l’emploi de l’électricité; on peut, toutefois, reconnaître aux courroies l’avantage d’empêcher les surcharges trop considérables, car, dans ce cas, elles glissent ou sautent. Les vitesses de levage sont faibles : 2 m. 10 à la minute au levage
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- et 2 m. 50 à la descente, au maximum, avec charge de 10 tonnes, et 1 m. 10 et 1 m. 40 si la charge est de 30 tonnes.
- Beaucoup d’autres grues électriques, treuils, etc., figurent dans l’Exposition, soit pour le service, soit dans les expositions particulières. Les fig. 47 et 48 en représentent deux exemples intéressants.
- Pour tous les mouvements de levage, il est préférable d’employer du courant continu et un moteur excité en série qui réunissent les deux qualités de la facilité de démarrage, et de l’obtention de grands couples. Le moteur série a aussi cet avantage de baisser de
- Fig. 51. — Contrôleur pour tramways Thomson-Houston pour deux moteurs et freinage gradué.
- A gauche : cylindre principal pour couplage, série et parallèle et freinage. A droite : cylindre inverseur.
- vitesse avec l’augmentation du couple, sans qu’on ait à faire aucune manœuvre; le plus généralement, c’est ce que l’on cherche, les objets lourds exigeant plus de précautions que les légers. On peut objecter à cela qu’en cas de surcharge très forte le moteur, quoique ralentissant, n’en fournira pas moins l’effort demandé, et que l’on risque de faire travailler les organes au delà des limites prévues; mais rien n’est plus facile d’éviter ceci, si on le désire, au moyen d’un disjoncteur automatique coupant le courant dès qu’il dépasse une limite choisie.
- Les appareils de mise en marche ont fait beaucoup de progrès. Il ne doit s’y produire que le minimum d’étincelles, et des précautions spéciales doivent être prises pour les éviter : les appareils de levage doivent en effet être constamment manœuvrés pour les accrochages, transports de pièce, inversion de sens, etc. La plupart des constructeurs
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- ont adopté les appareils du genre de ceux qui servent sur les tramways, qui ont fait leurs preuves pour un service très analogue. ;
- Le plus souvent, il y a trois de ces appareils de mise en marche ou contrôleurs commandant chacun un moteur. Quelquefois, les trois leviers de commande sont réunis sur le même appareil. Si l’on n’a pas besoin des trois mouvements en même temps, un seul appareil suffit ; il est muni alors d’un levier supplémentaire permettant d’envoyer le courant à l’un ou l’autre des moteurs.
- Avec des treuils à vis sans fin non réversibles, il n’y a pas à craindre, pour le mouvement de levage, le dévirage de la pièce. Lorsque la transmission ne se fait que par engrenages, le contrôleur est muni du freinage électrique (ou bien on se contente d’envoyer un léger courant inverse dans le moteur) si l’on veut éviter les freins mécaniques.
- VI. — Traction électrique.
- Tous les types d’électro-moteurs spécialement étudiés en vue de la traction électrique sur rails sont à courant continu et doivent fonctionner sous une différence de potentiel de 500 à 600 volts. Un voltage plus haut est généralement interdit par les diverses admi-
- Fig. 52. — Contrôleur pour Tramways de la Compagnie Hélios, pour deux moteurs avec combinaisons en série et en parallèle ; type sans freinage sur résistances.
- A gauçhe : cylindre principal. A droite : cylindre inverseur.
- nistrations. Il est cependant insuffisant si l’on doit transporter assez loin une puissance considérable. Supposons en effet que l’on ait cinquante voitures demandant chacune en moyenne 15 ampères. Le courant total est 750 ampères. Si la ligne a 40 kilomètres
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- d’étendue, et qu’elle soit faite avec une section de cuivre totale de 10 centimètres carrés, on aura une chute de tension de 135 volts environ, et le voltage tombera à 365 volts à l’extrémité au lieu de 500 au départ, ce qui a de sérieux inconvénients. Cependant, on aura dépensé au moins 500.000 fr. rien que pour les câbles. Aussi est-il nécessaire, lorsque l’on veut faire autre chose que du tramway urbain, de recourir à des stations fournissant l’énergie électrique à haut voltage, et d’avoir des sous-stations transformant cette énergie en courant continu à 500 volts. C’est la solution que nous avons indiquée plus haut par les Compagnies des Chemins de fer de l’Ouest et de Paris-Orléans qui, si
- Fig. 53. — Contrôleur pour deux moteurs, avec combinaison en série et parallèle ; type
- avec freinage gradué.
- A gauche : cylindre principal ; au milieu : cylindre de frein ; à droite : cylindre inverseur.
- elles ne sont pas encore vraiment du chemin de fer électrique, font au moins du tramway très agrandi.
- Le courant alternatif n’exige pas de sous-stations transformatrices, le transformateur de courant alternatif en courant alternatif étant un appareil inerte ne demandant aucune surveillance. Plusieurs tentatives ont déjà été faites en vue de la traction par courant alternatif, mais les moteurs restent la grande difficulté, toujours à cause de leur démarrage plus difficile que celui des moteurs à courant continu. De plus, les moteurs à courant alternatif ne fonctionnent bien qu’avec une vitesse déterminée voisine de celle correspondant au synchronisme avec la période du courant; l’obtention de vitesses variées est nécessaire dans la plupart des cas. Aussi le courant alternatif, malgré ses autres avantages, ne pourrait-il être employé encore que dans le cas où l’on aurait de grands espaces à franchir sans arrêts,:A vitesse constante et sans jamais de surcharges possibles.
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- Les moteurs à courant continu sont maintenant (fîg. 49 et 50) presque tous excités en série : ils ont un grand couple de démarrage, ralentissent automatiquement en passant dans les courbes où dans les endroits où la voie est mauvaise, et permettent une construction plus solide que les moteurs excités en dérivation ; ils font aussi moins d’étincelles lors des surcharges.
- Le plus généralement, on emploie deux ou quatre essieux moteurs, et l’on fait les vai'iations de vitesse pour une charge et un profil donné par les différents couplages électriques que l’on peut effectuer dans le cas de deux moteurs, on les met en série lors du démarrage, ce qui correspond au couple maximum pour un courant donné et augmente le rendement; en effet, lorsque les deux moteurs sont en série, on obtient une vitesse égale
- Fig. 54. — Truck avec deux moteurs pour tramway de la Compagnie Thomson-Houston. Les freins électromagnétiques sont placés à gauche sur l’essieu d’avant et à droite sur l’essieu d’arrière.
- à la moitié de la vitesse maxima obtenue avec les moteurs en quantité. Si le rendement entre l’énergie électrique absorbée et celle qui est disponible sur les roues est de 85 p. 100 à grande vitesse, elle dépasse encore souvent 75 p. 100 avec la demi-vitesse, tandis que si Ton avait obtenu cette demi-vitesse par l’addition de résistance, le rendement serait tombé à 35 p. 100 environ.
- L’appareil de mise en marche ou con trôleur (fîg. 51-53) (traduction très inexacte de l’anglais controller) comporte un certain nombre de touches, correspondant d’abord à la marche en série avec résistances, les deux moteurs étant en série; ces résistances de démarrage sont diminuées au fur et à mesure que l’on passe sur les touches successives. Les moteurs sont ensuite mis en quantité, d’abord avec résistance, et, à la dernière touche, chacun des moteurs se trouve placé sous la différence de potentiel totale du réseau. Quelquefois, on emploie la diminution de l’excitation en mettant une résistance en dérivation sur les inducteurs pour produire une augmentation de vitesse. Cette résistance pouvant être placée
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- lorsque les moteurs sont en série ou lorsqu’ils sont en parallèle, on obtient quatre vitesses différentes égales approximativement à 1, 1,25, 2, 2,5, avec bon rendement, aucune résistance n’étant en circuit.
- Le freinage électrique est (fîg. 54) employé assez souvent dans le cas de la traction.
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- Nous avons déjà vu qu’il consiste à faire travailler chacun des moteurs comme dynamo.soit sur des résistances, soit en le mettant en court circuit. Cette dernière disposition produit un arrêt excessivement brusque, et très désagréable pour les voyageurs. Aussi, quoiqu’il soit placé sur la plupart des contrôleurs, il ne doit être employé qu’en cas d’accident, et est dénommé frein de secours.
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- La méthode de freinage consistant à transformer les moteurs en dynamos avec débit réglable est meilleure et peut être employée en service courant ; elle a l’inconvénient d’exiger des moteurs un service plus pénible. Plusieurs constructeurs, en particulier la Compagnie Thomson-Houston, emploient le freinage électro-magnétique. Le courant
- produit par le moteur lors du freinage est envoyé, en même temps que dans les résistances, dans des plateaux de freins spéciaux, en séné avec celles-ci. Un plateau de fonte est fixé au moteur et porte des enroulements susceptibles, lorsqu’ils sont traversés par du courant, de développer une aimantation assez intense du plateau. A une très petite dis-
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- tance du plateau, il y en a un second qui est fixé à l’essieu et, par conséquent, tourne avec lui. Lors du freinage, les deux plateaux s’attirent et frottent l’un contre l’autre d’autant plus énergiquement qu’un courant plus intense a été lancé dans les enroulements. La force vive de la voiture, à transformer en chaleur, l’est, en grande partie, grâce au frottement de ces disques, et les moteurs se trouvent soulagés d’autant. Des applications très intéressantes en ont été faites récemment, entre autres au Havre, sur le tramway gravissant la côte Sainte-Marie. Cette ligne a une longueur de 750 mètres; la rampe moyenne atteint 92 millimètres par mètre, en variant de 76 à 115; de plus, elle fait de nombreuses courbes prononcées. Les voitures peuvent descendre uniquement avec le frein électro-magnétique qui est employé concurremment avec le frein à air comprimé, et pourrait suffire seul.
- Malheureusement, le freinage électrique présente un grave inconvénient; sur chacune des voitures de tramway, il y a une grande longueur de câbles, quelquefois jusqu’à 200 mètres. Le courant doit passer par une série de contacts (serre-fils, touches du contrôleur, etc.). Si l’un de ces câbles est rompu, ou si l’un de ces contacts est brisé, ou
- Fig. 58. — Trolley Lombard-Gérin.
- simplement en mauvais état, le frein ne fonctionne plus. Le moindre défaut peut donc occasionner des accidents graves; c’est ce qui fait préférer souvent au freinage électrique le freinage par l’air comprimé qui est plus coûteux mais bien plus sûr, puisque les défauts du frein produisent généralement l’arrêt au lieu de l’empêcher.
- Tous les systèmes de traction à courant continu emploient les mêmes procédés de couplage des moteurs. Nos fig. 51 et 53 représentent ces différentes combinaisons, pour le cas le plus complexe, si l’on désire obtenir quatre vitesses sans résistance et le freinage électrique. Certaines de ces positions ne sont souvent pas employées, suivant les cas. En particulier pour le chemin de fer électrique de l’Exposition, la mise en quantité d’une résistance avec les inducteurs ainsi que le freinage électrique sont supprimés.
- On met généralement deux essieux moteurs, comme nous l’avons dit. Les moteurs portent des paliers venus de fonte, dans lesquels passe l’essieu, et qui servent à leur suspension. Ils sont tous à simple réduction de vitesse par engrenage. Le rapport des nombres de dents de la roue et du pignon varie de 1/6 à 1/3.
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- LA MÉCANIQUE A L’EXPOSITION
- La plupart des constructeurs ont adopté comme puissance nominale des moteurs de tramway celle que le moteur peut fournir pendant une heure avec un échaufîement ne dépassant pas 73° centigrades au-dessus de la température ambiante. Il faut bien remarquer que ceci n’est qu’une simple règle de convention, et que les moteurs sont loin de pouvoir fournir cette puissance d’une façon ininterrompue ; très s*ouvent, le rapport de la puissance nominale ainsi déterminée à la puissance réelle atteint 3, et le rapport du couple nominal au couple réel, 4.
- Rappelons que les systèmes de traction actuellement employés sont :
- Les systèmes à câble aérien et retour du courant par les rails ;
- Les systèmes à câbles souterrains ;
- Les systèmes à contacts superficiels;
- Les systèmes accumulateurs.
- Il est hors des limites que nous nous sommes imposées, de traiter successivement de chacun de ces procédés, ce qui est d’ailleurs surtout du domaine des électriciens.
- Sauf sur certaines lignes à accumulateurs où l’on emploie des moteurs excités en dérivation dans l’espérance de faire aux descentes une récupération en rechargeant la batterie, le moteur série est toujours employé. En plus de ses autres avantages, il a celui-ci, qui est des plus importants. Il est impossible de faire deux moteurs à courant continu ayant exactement même vitesse; si les moteurs sont accouplés en série, quel que soit le moteur, on pourra obtenir une marche satisfaisante sans que les roues patinent. La vitesse d’un moteur étant proportionnelle à la différence de potentiel qui lui est appliquée, si les moteurs sont différents et couplés en série, ils se partageront inégalement les volts de manière que la vitesse des roues de chacun des essieux soit la même. Lorsque l’on passe à la marche en parallèle, il n’en est plus de même ; si l’on a des moteurs excités en dérivation, c’est-à-dire à vitesse pratiquement constante pour une même différence de potentiel, et que cette vitesse soit différente pour les deux, il faudra forcément que les roues patinent. Au conti'aire, les moteurs excités en série se régleront automatiquement, en se partageant inégalement les ampères absorbés, ce qui n’a pas beaucoup d'inconvénients, si les moteurs ne sont pas excessivement différents. Ceci peut aussi parer aux inconvénients d’une légère inégalité de diamètre des roues placées sur les différents essieux.
- L’application de la traction électrique aux chemins de fer est encore dans l’enfance. On peut voir à l’Exposition de Vincennes la locomotive électrique des Chemins de fer de Paris-Lyon-Méditerranée avec les dispositions originales de M. Auvert. On peut y voir également une locomotive Thomson-Houston destinée au Chemin de fer de Paris-Orléans (fig. 36) et, au Champ-de-Mars, une locomotive du Creusot et une de l’Allgemeine Elektri-citaets Gesellschaft (fig. 37). Ces trois dernières sont aménagées pour employer la distribution par trolley soit placé au-dessus de la Aroie, soit formant troisième rail au niveau du sol. Les couplages des moteurs sont analogues à ceux: que nous avons décrits pour les tramways ; il y a généralement quatre essieux moteurs, et deux moteurs sont constamment réunis en quantité ; les deux groupes ainsi formés sont branchés en série ou en quantité au moyen d’un contrôleur présentant des dispositions semblables. Le freinage électrique n’est pas employé, car il ne produirait que l’arrêt de la voiture automotrice. Dans les tramways, lorsque l’on fait remorquer d’autres voitures par l’automotrice, on peut placer des freins électro-magnétiques sur les voitures remorquées; mais cela deviendrait impraticable sur les chemins de fer, où le nombre de voitures est considérable.
- Les moteurs pour chemins de fer sont ou à engrenage simple, comme ceux des tramways, soit à accouplement directs sur l’essieu. Dans les deux cas, toutes les précautions doivent être prises en vue d’une bonne suspension des moteurs; une disposition très employée consiste à se servir d’un arbre d'eux dans lequel passe l’essieu, les deux
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- étant reliés d’une manière élastique. Iljie faut pas oublier en effet que ce sont les fils de l’induit qui sont le siège des forces produisant le couple moteur ; cet effort se transmet à l’arbre en passant par les isolants qui consistent en papier, carton, ruban, etc., toutes matières peu employées par les mécaniciens; la suspension du moteur, de laquelle dépend en grande partie la conservation de ces isolants, doit donc être prise en sérieuse considération.
- Poids et prix des moteurs. — Les moteurs de tramways des types courants pèsent entre 700 et 1.200 kilogrammes; leur prix, y compris l’engrenage, varie de 2.000 à 3.500 fr. ; on place un ou le plus souvent deux moteurs par voiture.
- Fig. 59. — Perforatrice électrique Jeffrey pour charbon.
- Les types de moteurs pour chemins de fer ne sont pas encore suffisamment bien définis pour qu’on puisse en fixer le poids ou le prix moyen, qui sent du reste très variables avec le service demandé.
- Les voitures automobiles marchant sans rails ont fait beaucoup de progrès; mais le grand écueil de ce mode de transport réside dans le poids considérable à donner aux accumulateurs. L’entretien de la batterie est aussi une chose qui doit entrer fortement en ligne de compte lorsque l’on a à comparer la traction électrique aux autres systèmes, le pétrole par exemple.
- Le poids de la batterie atteint le tiers du poids total du véhicule, et cela en ne permettant jamais que des parcours assez réduits, dans les environs de 60 kilomètres, sans
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- recharge. Malgré ces inconvénients, les avantages de l’électricité (absence d’odeur, facilité de démarrage, obtention de couples suffisants dans les montées...) la font souvent adopter. Les moteurs employés présentent en plus petit les dispositions des appareils des tramways. En général, ils tournent à une vitesse assez considérable (1.000 ou 2.000 tours à la minute) ; les roues des voitures étant encore plus grandes que celle des tramways, il faut avoir recours à des réductions de vitesse plus considérables : c’est pourquoi la plupart des automobiles électriques portent des engrenages multiples, des chaînes, etc. Peut-être a-t-on été trop loin comme vitesse, et vaudrait-il mieux avoir un moteur à allure plus réduite, en supprimant la majeure partie de ces intermédiaires susceptibles de mauvais fonctionnements et absorbant une proportion assez forte d’énergie. Il est vrai qu’un moteur moins rapide pèserait plus lourd; mais si l’on considère que beaucoup de petites vitesses portent 500 ou 600 kilogrammes d’accumulateurs, on voit que l’on ne devrait pas en être à 50 kilogrammes près pour les moteurs.
- Les contrôleurs ou combinateurs produisent des couplages analogues à ceux employés sur les tramways. Le freinage électrique y figure très souvent; les moteurs sont généralement excités en série, et portent quelquefois un enroulement supplémentaire en déri-
- Fig. 60. — Perforatrice différentielle système Colin et Daubiné (Constructions mécaniques et fonderies (Nancéiennes). Production dans le minerai de fer oolithique, : 20 mètres cubes en 10 heures.
- vation. A un faible voltage, comme celui de 80 volts, donné par 44 éléments, les moteurs série peuvent ne pas s’amorcer comme dynamo lors du freinage par suite de la présence de poussière ou de graisse sur les collecteurs. L’excitation en dérivation qui est adjointe permet un freinage sûr et peut assurer une marche très lente sans que l’on ait besoin d’intercaler de résistances.
- Certaines voitures, comme celles de M. Krieger, ne portent qu’un engrenage attaqué directement par le pignon de l’induit, avec un rapport d’environ 20.
- Un seul essieu est moteur dans toutes les automobiles, l’inégalité de diamètre des roues obligeant à des complications trop grandes si l’on désirait placer des moteurs sur les deux. Tantôt l’essieu d’avant reçoit le moteur ou les moteurs, tantôt c’est celui d’arrière. Le différentiel est très employé comme organe de transmission et de direction.
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- Les voitures Krieger, que nous avons citées plus haut, ont deux moteurs, un pour .chaque roue d’avant. Chacune de ces roues est indépendante de l’autre. La direction est obtenue très facilement par l’inégalité des vitesses données aux deux moteurs, ou même l’arrêt ou la marche en arrière de Lun d’eux.
- Nous avons déjà parlé plus haut des moteurs à deux enroulements (Compagnie française de Voitures automobiles, Bouquet-Garcin-Schine) qui permettent des combinaisons donnant des vitesses variées, sans que l’on ait besoin de disposer plus d’un moteur par véhicule.
- Les accumulateurs sont, ainsi que nous l’avons déjà fait observer, le principal obstacle au développement de l’automobilisme électrique. Ils sont toujours, sauf des différences d’ordre secondaire, constitués comme ceux de Planté (découverts en 1860), par des lames de plomb plongeant dans l’eau acidulée sulfurique. L’emploi du plomb laisse à désirer à cause de sa densité élevée et surtout de son manque de rigidité ; mais toutes les tentatives faites dans le but d’arriver à un emploi pratique d’autres métaux n’ont pas donné de bien bons résultats.
- Le champ d’action d’une automobile électrique est limité uniquement par cette considération, car on ne pourra jamais arriver à posséder des postes de rëcharge suffisamment
- Fig. 61. — Machine à entailler Jeffrey, à l’électricité pour mines de charbon à longues murailles.
- ràpproehés pour que l’on puisse arriver à un poids d’accumulateurs possible. Quoique certains annoncent des chiffres bien au-dessus de cela, il ne faut pas compter obtenir avec les accumulateurs faisant un service de traction plus de 10 ampères-heures par kilogramme de poids total, au grand maximum. Le décharge se faisant avec une différence de potentiel moyenne de 1,9 volt, on obtient au plus 19 watts-heures par kilogramme. Une voiture de 2.000 kilogrammes, au total, parcourant à 30 kilomètres à l’heure une voie exigeant un effort de traction de 3 p. 100, a besoin de
- 2.000 X
- 30.000
- 3.600
- X 0,03 = 300 kilogrammètres par seconde.
- Le rendement du moteur ne dépasse pas 0,85, celui de la transmission 0,75 dans les types courants. La batterie devra donc fournir -
- 500
- 8,85x0,75
- correspondant à 7.700 watts.
- 780 kilogrammètres par seconde
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- Le poids de la batterie assurant la marche pendant H heures devra donc être de :
- 7.700
- 19
- H
- 405 H kilogrammes
- Ce poids considérable s’oppose à la réalisation pratique d’un service de voitures électriques sur route.
- On a songé à employer le trolley. La voiture, alors soulagée du poids des accumulateurs, peut devenir d’une réalisation plus facile. Mais, comme on ne peut songer à faire le retour du courant par la terre sans rails, il faut avoir deux fils aériens. Ceci n’est pas une grande difficulté. Mais la voiture doit être capable de se mouvoir à une distance assez grande et variable de la prise du courant aérienne, car elle est susceptible de rencontrer d’autres véhicules, et devra, dans ce cas, se conformer aux réglementations ordinaires. Il faut éviter d’exercer une traction trop considérable sur les fils aériens et réunir la prise
- Fig. 62. —[Machine électrique à cisailler en position, prête pour l’entaille. (Compagnie Jeffrey.)
- de courant à la voiture au moyen d’un câble souple. Cette considération de la traction minimum à exercer sur la ligne a conduit M. Lombard-Gérin à rendre (fig. 58) la prise de courant automobile elle-même et avec une vitesse égale à celle de la voiture. Un essai a été fait de ce système à l’annexe de Vincennes et paraît donner de bons résultats. Le courant arrivait par deux fils aériens, des roulettes à gorges se déplacent sur les fils, mais, à l’inverse de ce que l’on fait dans les tramways, elles étaient au-dessus des fils. Elles servaient de conducteur électrique, et en même temps de support pour un petit moteur suspendu au-dessous par un étrier. Ce moteur était à courants triphasés ; la voiture elle-même portait, actionnée par son essieu, une génératrice à courants triphasés capable de fournir seulement la puissance nécessaire au déplacement de ce trolley complexe. Le moteur attaquait les roulettes par des roues de friction, acier sur fibre. On peut facilement tenir compte, en
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- établissant cette réduction, de la perte de vitesse par glissement soit dans l’appareil de réduction lui-même, soit dans le mouvements des galets sur les fils. On réalise ainsi un système se déplaçant avec une vitesse égale à celle du véhicule, grâce au synchronisme obtenu par l’emploi des courants alternatifs. M. Lombard Gérin simplifie encore ceci, en
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- supprimant la dynamo génératrice de courants triphasés. Il suffît, en effet, d’outeraj trois bagues au moteur de la voiture, de relier ces bagues à trois points équidistants de l’induit pour obtenir, par l’intermédiaire de*trois balais appuyant, un sur chacune d’elles, une source de courants triphasés. L’énergie nécessaire au déplacement du trolley est alors
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- prise au courant continu et transformée en courant alternatif, dans le moteur actionnant le véhicule.
- Le trolley automobile porte, en plus, un frein électro-magnétique, que l’on peut manœuvrer de la voiture. Si le trolley a pris de l’avance à cause des sinuosités faites par la voiture, on peut faire agir ce frein. On s’en sert encore dans les pentes, pour que sa vitesse ne deviennent pas trop considérable ou si l’on désire s’arrêter en rampe.
- L’ensemble du trolley est très léger ; l’aluminium est employé dans toutes ses parties où cela est possible. 11 porte une gaine souple composée de six conducteurs : deux pour le courant principal, trois pour le moteur à courants triphasés, et un pour le frein; l’autre fil de frein est commun avec un des conducteurs principaux. Cette gaine arrive à une tige fixée sur la partie supérieure de la voiture et portant six bornes facilement démontables. Lorsque deux voitures arrivent en sens inverse, il est alors très facile de faire entre elles l’échange des trolleys en un temps très court.
- En plus du chemin de fer électrique dont nous avons eu déjà occasion de parler, l’Exposition possédait pour le transport des visiteurs la plate-forme mobile actionnée électriquement, faisant en sens inverse le même parcours que celui du chemin de fer. La plate-forme possédait deux vitesses correspondant à environ 5 et 10 kilomètres à l’heure. Les moteurs électriques, au nombre de 180, étaient disposés de distance en distance sur les piliers supportant les axes horizontaux munis de roues sur lesquelles courait le rail mobile fixé sous la plate-forme. Ces deux roues avaiéiit des diamètres qui étaient entre eux dans le rapport de un à deux. Les moteurs attaquaient ces arbres au moyen d’un engrenage. ’ Les 180 moteurs étaient couplés par deux en série ; les 90 groupes formés étaient placés en dérivations alimentées à oOO volts par la sous-slation transformatrice de la Compagnie industrielle d’électricité (procédés Westinghouse).
- L’excitation des moteurs était faite en série ; nous avons déjà constaté les avantages de ce moteur relativement au démarrage — ce qui est important, comme nous allons le voir, — et aussi de leur régulation automatique. Les inégalités de vitesse entre les différents moteurs, pour une même charge, se compensent d’elles-mêmes par l’inégalité de la répartition de la charge ; autrement dit, malgré de légères différences de construction ou de matériaux employés, les moteurs se mettent seuls à effort de traction égal pour tous, de sorte que les roues ne patinent pas.
- Pour démarrer la plate-forme, il fallait lancer dans la ligne un courant d’environ 800 ampères: en marche normale, le courant tombait au-dessous de 400. Les moteurs excités en série n’étant pas à vitesse indépendante de la charge, on pouvait régler la vitesse à une valeur convenable en agissant sur le voltage, et le tenant d’autant plus haut que l’affluence des voyageurs était plus grande. Comme on ne pouvait songer à mettre les moteurs en marche isolément, il fallait les lancer tous à la fois. On aurait pu se servir d’un rhéostat de mise en marche pour régler le courant à 800 ampères pendant la période du démarrage. Mais ceci aurait eu l’inconvénient de consommer une très grande quantité d’énergie. Aussi avait-t-on adopté le dispositif suivant : une des dynamos génératrices, actionnée par un moteur asynchrone à courants triphasés, était fermée sans résistances sur le circuit des moteurs, son excitation étant coupée. On fermait ensuite l’excitation en l’affaiblissant assez pour que la machine ne donne que 200 volts environ, en même temps que l’on déplaçait les balais jusqu’à ce que l’on obtienne le minimum d*étincelles. Le courant était alors de 800 ampères, et la plate-forme démarrait; on montait ensuite graduellement le voltage
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- jusqu’à 500-550 volts. La puissance exigée pour le démarrage n’était donc que 800x200 = 160.000 watts inférieure à 500 x 400 =280.000 watts qui était la puissance consommée à pleine vitesse.
- On peut ajouter à ces deux moyens de transport mis à la disposition des visiteurs, les chemins élévateurs desservant le premier étage des différents palais ; nous pouvons citer les systèmes Hallé (A. Piat, constructeur), Le Blanc, Reno (Société Gail, constructeurs), Granddemange (Mazeran et Sabrou, constructeurs), ce dernier amenant les voyageurs à la plate-forme mobile. Les dispositions électriques employées n’offraient aucun intérêt particulier.
- VII. — Électrométallurgie et Électrochimie.
- L’électrochimie dont nous ne disons ici qu’un mot, et en raison de l’intérêt qu’elle présente pour le mécanicien, peut se diviser en deux grandes classes, l’électrochimie proprement dite, au moyen de laquelle on peut préparer des substances par décomposition d’autres, et la pyroélectricité qui consiste à décomposer les corps par la chaleur produite au moyen d’un four électrique.
- L’électrochimie doit se faire avec du courant continu ; la décomposition se fait en portant les métaux au pôle négatif. Le four électrique, au contraire, peut fonctionner indifféremment avec du courant continu ou du courant alternatif, la production ‘d’une chaleur intense étant le seul objet en vue. La facilité de transformation du courant alternatif le fait préférer généralement. Le four électrique, apparu en grand depuis quelques années seulement, est établi le plus souvent dans des régions montagneuses où les chutes d’eau peuvent être facilement utilisées. Les courants alternatifs et surtout les courants polyphasés s’étant développés au même moment, un grand nombre d’installations produisent ces courants à haute tension, les distribuent et transforment en basse tension seulement au voisinage des fours. On fait même des fours avec trois électrodes de charbon, produisant trois arcs au moyen de courants triphasés. Plusieurs blocs de carbure de calcium présentés à l’Exposition portent la trace de ces trois arcs.
- Électrochimie. — La plus ancienne application de l’électrochimie, c’est la galvanoplastie. Les dépôts de métaux faits dans un but artistique n’ont pas fait de progrès depuis bien des années, et n’ont du reste plus à en faire : l’argenture, la dorure, le nickelage... sont des opérations tellement courantes qu’il est inutile d’ÿ insister. Quelques nouveaux procédés sont néanmoins apparus : on réussit à faire du zincage, de l’étamage, du plombage à froid (Société française de métallurgie hydi'o-ëlectro-chimic/ue, Société Gooper Cowles...).
- L’électrométallurgie par voie humide n’est employée que pour la fabrication de l’or, et surtout pour le raffinage du cuivre. Il faut faire une mention spéciale de la fabrication directe des tubes sans soudure par l’électrolyse. Les procédés consistent à se servir d’un mandrin conducteur ou isolant : dans ce dernier cas, on le recouvre de plombagine pour rendre sa surface conductrice de l’électricité; il suffit de placer ce mandrin au pôle négatif d’un bac contenant un sel de cuivre pour déposer le cuivre et obtenir un tube. Mais, ceci théoriquement très facile, l’est moins en pratique. Dans la galvanoplastie on utilise des densités de courant excessivement faibles, de l’ordre des dixièmes d’ampère par décimètre carré de surface à recouvrir. Avec une densité de courant plus élevée le dépôt devient grenu, et le métal déposé perd ses qualités. Le temps n’est pas un facteur important lorsqu’il s’agit de faire de la galvanoplastie, mais il le devient quand on se propose de faire de la métallurgie.
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- Un courant d’un ampère pendant une seconde dépose 0 millig. 33 de cuivre, soit i gr. 2 à l’heure. Si l’on admet seulement 0,2 ampère par décimètre carré, ce 1 gr. 2 sera réparti sur S décimètres carrés en donnant une épaisseur inférieure à trois millièmes de millimètre.
- Le procédé Elmore pour l’obtention de tubes permet l’emploi de courants beaucoup plus intenses. Le dépôt est constamment bruni par un outil se déplaçant continuellement sur sa surface. Grâce à cet artifice, on peut arriver à une fabrication cinquante ou cent fois plus rapide à qualité égale de dépôt. La Société française électrométallurgique pour la fabrication du cuivre et autres métaux expose des tubes obtenus de cette manière.
- Fig. 65. — Projecteur à miroir parabolique avec commande à distance et manipulateur (Mon Bréguet).
- Le procédé Cooper Cowles, présenté dans la section anglaise, consiste à faire le dépôt sur un mandrin tournant avec une grande rapidité. On peut voir à l’Exposition une série de tubes obtenus avec même densité de courant, en employant des vitesses croissantes. Les premiers sont grenus, et impropres aux usages industriels, tandis que les derniers sont parfaits.
- Lé four électrique a comme usage le plus considérable, quoique ce soit le plus récent, la fabrication du carbure de calcium. Tout le monde sait maintenant qu’il suffit de mettre
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- ce corps en présence de l’eau pour obtenir du gaz acétylène. Indépendamment de l’avantage que l’on peut obtenir en éclairage, on doit signaler l’apparition de moteurs à acétylène. Le pavillon spécial de l’acétylène, dans l’annexe de Yincennes, en contenait un certain nombre.
- Lorsque l’on veut utiliser une chute d’eau, et transporter à distance l’énergie récoltée, le seul procédé utilisé actuellement consiste à atteler aux turbines des générateurs électriques à haute tension. Le courant est transporté le long de fils de cuivre, et transformé en basse tension au lieu d’utilisation. N’y a-t-il pas lieu d’examiner le problème suivant : Absorber près des turbines le courant électrique pour la production de carbure de calcium, expédier celui-ci et produire l’acétylène pour, la lumière où la force motrice aux endroits
- Fig. 66. — Commande électrique de la barre d’un cuirassé (Maison Sautter-Harlé).
- où cela est nécessaire. La question ne manquera pas d’être étudiée sérieusement; d’ailleurs il ne peut y avoir de solution générale; on voit en effet, à première vue, qu’il est plus simple de transporter le courant lorsqu’il s’agit d’éclairer une ville placée à 5 kilomètres d’une chute, tandis qu’il est bien plus difficile de répondre aussi affirmativement si la distance devient 100 kilomètres.
- La fabrication des divers métaux que l’on peut obtenir au four électrique a pris aussi un certain développement. Certains de ces métaux, tels que le manganèse, le. chrome, sont des plus intéressants en métallurgie, à cause de leur emploi pour l’obtention d’aciers spéciaux.
- L’aluminium est le plus généralement fabriqué par le procédé Minet ou ses perfectionnements. On électrolyse, en somme, de l’alumine en dissolution dans le fluorure double d’aluminium et de sodium (cryolithe) aux environs de 1000° C. Le courant continu seul peut être employé, il sert au chauffage du bain en même temps qu’à sa décomposi-
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- tion; l’aluminium tombe au fond du four, qui constitue le pôle négatif, tandis que l’oxygène va brûler l’électrode positive, de charbon.
- La Société Le Carbone fabrique des pièces en charbon graphité, par les procédés Girard et Street. L’aggloméré obtenu avec du coke de cornue et diverses substances passe en forme de tiges longues dans un four électrique. Le carbone amorphe se transforme* alors en graphite. En dehors de ses qualités pour la fabrication des balais de dynamos, la matière préparée de cette façon est susceptible d’être travaillée avec beaucoup de précision ; elle est très dure, et très résistante mécaniquement; on peut la percer, tourner, tarauder; ceci, joint à la propriété de ne pas fondre sous l’influence des étincelles, lui donne un débouché dans la fabrication des pièces pour l’appareillage électrique. Le coefficient de frottement avec la plupart des substances est très peu élevé ; et il est possible de confectionner des coussinets de charbon ne s’échauffant pas, quoiqu’on n’emploie aucun graissage. Le prix de cette matière, encore assez élevé (une dizaine de francs le kilogramme), ne
- Fig. 67. — Moteur électrique pour sous-marins de la maison Sautter-IIarlè, avec appareils de manœuvre.
- pourra que s’abaisser par l’augmentation des applications. Le charbon graphitique peut être encore employé avec succès comme électrodes dans les opérations électrolytiques, et particulièrement pour la fabrication de la soude électrolytique au moyen du chlorure de sodium, car ce n’est pas attaqué par le chlore.
- La Société U Electrogravure de Leipzig-Sellerhausen (Saxe) montre des appareils à graver sur acier par l’ingénieux procédé de M. Riecler. Lorsque l’on désire reproduire un coin, un outil à estamper à l’aide de ce procédé, on fait un négatif en matière poreuse à base de plâtre, que l’on fait tremper dans une solution de chlorhydrate d’ammoniaque, la face en relief dépassant la surface du liquide. Sur cette face repose le bloc d’acier sur lequel doit se faire la reproduction. Une électrode de fer plonge dans la solution, et une différence de potentiel de 15 volts environ est maintenue entre cette électrode et la plaque à graver. Le chlorhydrate d’ammoniaque monte par capillarité dans le bloc poreux, et le chlore mis en liberté attaque l’acier. Le principal obstacle est la formation de boues, résultant des impuretés de l’acier, sur la face à attaquer; le procédé de M. Rieder comprend
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- aussi le nettoyage de cette face, qui est nécessaire toutes les quinze secondes environ. La machine, très ingénieusement disposée, soulève le bloc d’acier, guidé d’une façon parfaite pendant ce mouvement, une brosse le nettoie, et il retombe ensuite doucement, exactement en place. On arrive à creuser ainsi avec un seul moule des traits de 1 à 2 millimètres de profondeur; si l’on désire une profondeur plus grande, il faut plusieurs modèles, et l’appareil permet de les changer d’une manière exacte. La machine, qui fonctionnait au premier étage de la Section allemande (Palais de l’Electricité), donnait les résultats les plus parfaits.
- VIII. — Appareils pour mines.
- Sauf dans les mines grisouteuses, où l’on doit redouter toute étincelle, l’électricité est employée de plus en plus pour le transport des minerais et leur extraction. Les locomotives employées dans les mines se distinguent surtout par leur forme extérieure, adaptée à une circulation dans des couloirs de peu de hauteur.
- Les perforatrices sont maintenant très employées ; le trou fait par cet appareil est pratiqué en vue du placement d’une cartouche de dynamite. La Compagnie Jeffrey en expose (fïg. 59) à Yincennes dans la section américaine ; la Compagnie Thomson-Houston en montre aussi dans son pavillon spécial, également à Yincennes. Il y a aussi quelques spécimens au Champ-de-Mars (Compagnie générale Electrique de Nancy, Allgemeine Elektricitaets Gesellschaft, Dulait, Bornet, Colin et Daubiné (fîg. 60)...).
- La Compagnie Jeffrey présente aussi des appareils à couper (fîg. 61 et 62), mus électriquement, destinés à pratiquer des entailles dans les veines de charbon ou de minerai. Elle a aussi des modèles pratiques de pompes d’épuisement couplés à des moteurs électriques. .
- IX. — Appareils pour chemins de fer.
- La manœuvre des signaux et des aiguilles devient une question de plus en plus importante, par suite du développement en nombre et en importance des gares d’embranchement. Jusqu’à ces dernières années, la transmission se faisait du poste à l’appareil, par une simple transmission mécanique, soit rigide, soit au moyen de fils. Lorsque l’enchevêtrement des appareils devint trop considérable, on eut recours à la transmission hydraulique, à la transmission pneumatique, et enfin à la transmission électrique.
- La transmission hydraulique a l’inconvénient d’exiger une canalisation assez coûteuse, est sujette aux effets de la gelée, et, de plus, la rapidité de transmission décroît beaucoup si la distance entre le point de manœuvre et celui de déplacement croît, surtout si des bulles d’air s’interposent sur le parcours. Le système pneumatique a aussi des inconvénients; on augmente la rapidité de transmission et la sûreté avec la manœuvre électro-pneumatique, consistant à se servir du courant électrique pour manœuvrer un appareil pneumatique placé près de l’aiguille ou du signal. Mais il faut alors une canalisation d’air comprimé, et parallèlement une canalisation électrique.
- L’appareil électrique qui paraît tout d’abord le mieux approprié pour la commande des signaux, est l’électro-aimant. 11 suffit en effet d’avoir deux électro-aimants, un pour chaque sens de déplacement, et d’envoyer le courant dans l’un ou l’autre, pour obtenir le
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- mouvement de l’appareil à manœuvrer. Un premier obstacle à l’emploi de l’électro est celui-ci : l’effort exercé sur l’armature mobile n’est pas généralement constant dans toute la course, surtout si elle doit être considérable.
- M. Guénée a été conduit à adopter des formes particulières qui lui permettent de faire un déplacement assez considérable avec effort constant, depuis 21 kilogrammes sur 4 centimètres, jusqu’à 650 kilogrammes sur 22 centimètres. Une application importante de ces appareils a été faite sur les nouvelles lignes de Paris, construites par la Compagnie de l’Ouest pour la manœuvre des sémaphores et des aiguilles. Pour ces dernières, les électro-aimants employés donnent un effort de plus de 200 kilogrammes, avec une course de 10 centimètres.
- Mais, avec tous les appareils à électro-aimants, il y a un grand inconvénient. Quels que soient les perfectionnements apportés, si l’on tient à donner aux appareils des dimensions restant dans des limites raisonnables, on est conduit à leur faire consommer des courants beaucoup plus considérables que ceux absorbés par un moteur électrique rem-
- Fig. 68. — Dynamo-pompe pour hauteurs d’élévation variables. Maison Farcot.
- plissant le même but. Indépendamment de la question d’économie, il y a lieu de considérer la détérioration beaucoup plus rapide des appareils de manœuvre, sous l’influence des étincelles, question très importante si chaque appareil, comme c’est souvent le cas, doit être manœuvré des centaines de fois dans une journée. De plus, les dispositifs spéciaux pour éviter la production de ces étincelles nuisibles, ne peuvent guère être employés dans ce cas, puisqu’il faut condenser en un volume très réduit des appareils commandant un nombre considérable d’aiguilles ou de signaux.
- Ceci ne retire rien de l’ingéniosité des appareils exposés par M. Guénée; mais nous pensons qu’un moteur tout ordinaire remplit beaucoup mieux le but, malgré la complication apportée par la transformation du mouvement de rotation continu, en mouvement rectiligne.
- Les électro-aimants d’aiguilles du Chemin de fer de l’Ouest absorbent environ 10 ampères sous 100 volts, tandis qu’on pourrait faire la même chose avec un moteur ne consommant guère plus d’un ou deux ampères.
- MM. Ducousso, ingénieur de la Société des Etablissements Postel-Vinay, et Rodary, ont exposé (fig. 55 et 63) des appareils de commande d’aiguille et de signal au moyen d’un petit moteur électrique. Ils ont fonctionné, à titre d’essai, dans la gare de Paris de la Compagnie
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- Fig. 69 à 71, — Dynamo-pompe. Maison Farcot.
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- Paris-Lyon-Méditerranée. La consommation d’énergie électrique n’est que de 100 watts pendant 2 secondes, soit pour le manœuvre d’une aiguille, soit pour la manœuvre d’un signal.
- Nous devons aussi dire quelques mots de la commande électrique des freins à air comprimé (Soullerin) pour éviter le « télés copage » produit par le retard dans l’établissement de l’égalité des pressions aux deux extrémités du long tube que porte le train. Cet appareil est maintenant très connu; chacune des valves est manœuvrée en lançant le courant produit par des piles ou accumulateurs dans une sorte de petite dynamo dont l’induit est susceptible d’un léger déplacement dans un sens ou l’autre, selon la direction du courant.
- X. — Appareils de marine.
- L’électricité est maintenant employée sur tous les navires de commerce ou de guerre, Les dynamos sont toujours couplées directement au moteur à vapeur, et ce dernier est à allure rapide, afin de réduire au minimum l’encombrement. La maison Sautter et Rarlé et la maison Bréguet exposent des groupes utilisés par la marine française. La maison Bré-guet a adopté sur ses machines marines un régulateur spécial isochronateur. Le régula-
- Fig. 72. — Pompe à piston à deux corps. (Maison Sautter-Harlé.)
- teur est sans compensateur, c’est-à-dire que les masses se déplacent sur un rayon qui varie avec la charge du moteur ; le régulateur ne donnerait donc pas une vitesse rigoureusement fixe, comme cela a lieu lorsque les masses décrivent un cercle invariable ; mais cette dernière solution est plus compliquée et délicate. Le régulateur se compose (fig. 64) de deux masses M dont la force centrifuge est équilibrée par l’action du ressort R dont on peut
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- régler la tension au moyen d’un volant V. Lorsque la charge augmente, il faut, avec une telle disposition, exercer sur le levier L un effort additionnel, pour que la vitesse ne baisse pas. Ceci peut être réalisé soit à la main par la manœuvre du volant Y,.soit par l’attraction du noyau d’un électro-aimant E qui est monté en dérivation, sur le compoundâge de la dynamo, et, par conséquent, parcouru par un courant proportionnel à la charge. A l’inverse de ce qui peut arriver avec certaines dispositions qui ont été déjà appliquées, une avarie de la dynamo ne peut supprimer l’action du régulateur, ce qui aurait pour effet de risquer d’atteindre une vitesse dangereuse.
- La distribution se fait généralement sous 80 volts; on peut, en effet, ne pas avoir d’association en série des projecteurs, ce qui assure leur indépendance, et donne plus de
- Fig. 74. — Ventilateur centrifuge accouplé directement à un moteur triphasé des Ateliers (ÏOerlikon.
- stabilité à la lumière fournie; d’ailleurs un potentiel plus élevé n’aurait de raison d’être que si l’on cherchait à diminuer la section des câbles, ce qui réduirait leur résistance à la rupture, chose importante sur un bâtiment soumis à l’action de la mer. Jusqu’à ces dernières années, les dynamos compound employées n’étaient pas associées en quantité, chacune d’elles traA^aillait sur son circuit indépendant des autres; on tend à adopter aujourd’hui la disposition inverse avec un seul circuit sur le navire, et un nombre de dynamos en quantité reliées à cette ligne générale, en nombre variable avec les besoins. Lorsque les dynamos sont conduites par un personnel expérimenté, cette dernière solution est préférable au point de vue de la régularité de la tension, très importante pour les
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- projecteurs. Le démarrage d’un moteur important peut donner des à-coups, que l’on doit éviter autant que possible. Dans ce but, la maison Sautter-Harlé a créé ce qu’elle appelle le « dynavolant », qui consiste simplement en un moteur excité en dérivation, tournant à vide, et muni d’un volant très considérable. S’il se produit une surchage tendant à faire baisser le voltage, ce régulateur restitue une partie de sa force vive, et le moteur devient dynamo associée en quantité avec celles qui assurent le service pendant le temps nécessaire au réglage. De même, si le voltage tendait à s’accroître, la vitesse de cet appareil
- Fig. 75. — Essoreuse de FAllgemeine Elektricitaets Gesellschaft, commandée par moteur triphasé à
- axe vertical.
- augmentant proportionnellement aux volts, il absorberait une quantité d’énergie appréciable. On peut donc arriver à une régularité de potentiel beaucoup plus grande avec un tel dispositif, qui d’ailleurs ne consomme qu'une très petite quantité d’énergie.
- Les ateliers Schneider (Usines du Creusot) construisent les tourelles Schneider-Canet, très employées tant sur les cuirassés français que dans des marines étrangères. Les appareils de manœuvre, très condensés, permettent le pointage en direction avec une sensibilité qui atteint un vingtième de degré, même pour les plus lourdes. Le pointage
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- en hauteur est aussi souvent manoeuvré électriquement, ainsi que le monte-projectiles. Il est aussi possible de faire mouvoir chacun de ces mouvements à la main, si cela est nécessaire. La rapidité des opérations est très grande : pour le déplacement en hauteur on atteint 20° en 12 secondes; pour une rotai ion de 240° 35 secondes.
- La maison Sautter-Harlé s’est aussi fait une spécialité de la commande électrique de l’artillerie, et tous les appareils de levage et de manœuvre pour la marine (monte-munitions, monte-escarbilles, treuils, etc.).
- Les projecteurs ont souvent besoin d’être commandés à distance, qu’ils soient placés
- Fig. 76. — Essoreuse de YAllgemeine Elektricitaets Gesellschaft, commandée par moteur triphasé à
- axe vertical.
- sur un bâtiment, ou sur la côte. Si la distance entre le point de manœuvre et le projecteur est faible (moins de 100 mètres environ), on place simplement les rhéostats de réglage à portée de la main- de la personne chargée de changer la direction du faisceau lumineux. Si la distance devient assez grande, pour ne pas avoir à tendre de longs câbles on fait souvent agir le manipulateur sur un relai électro-magnétique placé sur le socle de l’appareil : il suffît alors de fils très fins entre le manipulateur et le projecteur.
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- La maison Sautter-Harlé expose plusieurs projecteurs destinés soit à la marine, soit à l’armée de terre; la maison Bréguet montre aussi (fîg. 65) des types intéressants.
- La commande électrique des servo-moteurs à vapeur a aussi été résolue avec succès par MM. Sautter Harlé; le problème le plus difficile est celui de la commande de la barre (fig. 66). Ils emploient la mise en mouvement du servo-moteur à vapeur, soit par moteur électrique, soit par relais électro-magnétique, ainsi que la commande directe par moteur électrique, en supprimant complètement le moteur à vapeur.
- Pour la propulsion des sous-marins, le moteur électrique fournit (fîg. 67) une solution toute indiquée.
- XI. — Applications diverses.
- Les applications mécaniques de l’électricité sont, en fait, innombrables et d’une infinie variété —- pompes (fîg. 68-73), ventilateurs (fîg. 74) — essoreuses (fîg. 75) — machines de filatures — machines agricoles — que nous ne pouvons que citer, indiquer d’un mot en renvoyant aux fascicules de leurs monographies, et ces applications ne font que s’accroître et se diversifier de plus en plus à mesure que l’on se familiarisera davantage avec l’électricité .
- L’électricité est encore employée dans beaucoup de moteurs à gaz ou à pétrole : on se sert d’un fil porté au rouge par le passage du courant, soit le plus souvent de l’étincelle obtenue par une bobine d’induction.
- Les propriétés de l’électro-aimant sont utilisées pour la séparation du fer, des autres métaux non magnétiques ; on fait aussi quelques appareils pour la recherche des copeaux ayant sauté dans les yeux, ou à l’intérieur d’une blessure.
- Mentionnons encore les progrès de la télégraphie, de la téléphonie et de l’horlogerie électrique.
- MACON, PROTAT FRÈRES, IMPRIMEURS.
- Le Gérant : Vve Ch. Dunod.
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