permutateur

Un permutateur est une machine électrique rotative qui convertit le courant alternatif en courant continu à l'aide d'un collecteur stationnaire en contact avec des balais rotatifs, inversant ainsi la disposition habituelle des génératrices à courant continu standard. Au lieu d'aimants permanents ou de bobines de champ excitées séparément, le champ magnétique du permutateur est induit par le courant alternatif circulant à travers un noyau en court-circuit, généralement en fer laminé, qui se trouve au centre de la machine. Cette conception auto-excitée a permis aux permutateurs de fonctionner efficacement aux fréquences industrielles, en particulier au début du 20e siècle, lorsque les réseaux de distribution CA se développaient mais que les moteurs et les charges CC prédominaient encore.

Le principe de fonctionnement repose sur le noyau magnétique en court-circuit agissant comme un secondaire de transformateur. Lorsque le courant alternatif traverse l'enroulement primaire, il induit un champ magnétique variable dans le temps dans le noyau. Ce champ entraîne ensuite le courant à travers les enroulements en court-circuit, créant un motif de flux magnétique rotatif qui, combiné à la disposition du collecteur et des balais, redresse l'entrée CA en une sortie CC brute. Le collecteur, fixé au châssis, entre en contact avec des balais montés sur un arbre de rotor. Au fur et à mesure que les balais tournent, ils commutent progressivement la polarité des impulsions redressées, produisant une sortie CC avec une ondulation dont le contenu dépend de la configuration polaire et de la fréquence de la machine.

Variantes et compromis de performance

Les permutateurs existaient en plusieurs configurations, allant des machines monophasées d'environ 5 à 50 kilowatts aux unités triphasées gérant plusieurs centaines de kilowatts. La tension de sortie variait généralement de 110 à 250 volts CC. Ces machines étaient plus silencieuses et plus compactes que les groupes moteur-génératrice équivalents, mais leur efficacité était modérée, généralement de l'ordre de 80 à 90 pour cent selon la charge. Le contenu d'ondulation dans la sortie CC était plus élevé que celui des véritables machines à collecteur, nécessitant des inductances de lissage plus lourdes sur les charges sensibles aux pulsations de tension. Les permutateurs généraient également plus de chaleur que les génératrices CC équivalentes, car l'approche du champ induit dissipait de l'énergie dans le noyau en court-circuit et le frottement des balais était inévitable.

Au milieu du 20e siècle, les permutateurs ont été remplacés par les redresseurs à arc de mercure, puis par les convertisseurs à diodes et thyristors à semi-conducteurs, qui offraient une meilleure efficacité, une ondulation plus faible et aucune pièce mobile. Cependant, les permutateurs sont restés en service dans certaines usines industrielles jusque dans les années 1960 et 1970, en particulier là où l'alimentation CA était la distribution principale et où des circuits CC isolés alimentaient d'anciens entraînements de moteurs, des équipements de soudage ou des installations de galvanoplastie. Le terme lui-même est maintenant largement historique; les installations modernes utilisent plutôt l'électronique de puissance à semi-conducteurs.

Le nom «permutateur» reflète l'action de la machine de permuter, ou de réorganiser, les phases et la polarité du courant alternatif entrant en une sortie CC unidirectionnelle via le mécanisme de balais rotatifs. Contrairement à une génératrice standard où les balais sont fixes, la conception des balais rotatifs du permutateur était à la fois sa caractéristique distinctive et sa responsabilité en matière de maintenance; l'usure des balais et le traçage du collecteur dégradaient les performances au fil du temps et nécessitaient une inspection et un remplacement réguliers des blocs de balais et un resurfaçage éventuel de la surface du collecteur.