Historique de la technologie

1 Les premières dynamos industrielles sont toutes simples. Elles n'ont que deux pôles et les balais sont calés sur la ligne médiane, là où le champ magnétique change de direction et le courant développé au collecteur est au maximum. Le courant fourni n'étant pas très important, on peut se limiter à un collecteur assez étroit. A voir l'épaisseur du fil de l'inducteur, il s'agit d'un montage shunt. 2 Un générateur-dynamo pour produire du continu à partir de l'alternatif. Le continu était par exemple utilisé pour les trams, pour certains anciens quartiers et parfois pour l'éclairage public. La tension de 2 × 115V laisse à supposer qu'il s'agit de l'alimentation résidentielle d'anciens quartiers (les trams fonctionnaient avec une tension plus élevée). 3 On remarque le large collecteur de la dynamo. La dynamo doit fournir plus de 450A et tout le courant doit passer par les balais en carbone. 4 Un détail du stator de la dynamo avec ses larges pôles principaux (montage compound) et ses pôles auxiliaires de commutation. 5 Le groupe mécanique sera remplacé par un redresseur à vapeur de mercure

Les premières machines productrices d'électricité sont des magnétos: un bobinage qui tourne dans un champ magnétique produit un courant alternatif. C'est bon pour l'éclairage (certaines sortes de lampes de l'époque ne travaillent bien qu'avec de l'alternatif, comme les lampes de Jablochkoff). Mais le rendement n'est pas très élevé (il est impossible d'avoir un champ magnétique suffisamment fort avec des aimants). L'électricité est prélevée du bobinage rotatif via un anneau monté sur l'axe en rotation et un contact fixe.

Pour avoir un champ magnétique suffisant, on doit utiliser des aimants très longs. Avec les nouvelles technologies, on peut fabriquer des aimants plus puissants et plus petits. La magnéto se retrouve ainsi sur les vélos, mais l'aimant est devenu l'élément tournant et le bobinage est fixe. Il n'est plus nécessaire de prévoir un contact pour prélever le courant: c'est le cas de tous les générateurs à courant alternatifs modernes.

Si on veut obtenir un champ magnétique plus intense, on doit utiliser un électro-aimant. Et le courant nécessaire pour l'alimenter, on pourrait le prélever du générateur même. Or pour produire un champ magnétique dans un électro-aimant, il faut du continu. C'est ainsi que la dynamo fait son apparition. L'électricité est prélevée via un collecteur et des charbons. Les charbons sont positionnés de telle sorte que la tension soit maximale.

Zénobe Gramme n'est pas l'inventeur de la dynamo, mais l'a perfectionnée pour pouvoir l'utiliser dans l'industrie.

La dynamo produit son propre courant d'excitation et n'a donc plus besoin d'aimants. Pour stabiliser la tension de sortie (indépendamment de la charge), on doit utiliser un bobinage compound composé de deux enroulements.

En comparaison d'un alternateur, une dynamo est un appareil complexe. Les charbons doivent prélever le courant à l'endroit où la tension est la plus élevée (pour éviter les étincelles aux balais). Or cette position varie avec la charge et la vitesse de rotation de la dynamo. Cette vitesse est généralement maintenue stable, mais la charge peut varier dans des grandes limites. Pour compenser le déplacement du champs magnétique par la variation de la charge, on ajoute un bobinage de compensation (très grandes dynamos) ou de commutation (modèles plus courants)

Plus tard, les premiers alternateurs industriels seront équipés sur le même axe d'une dynamo servant a produire le champ magnétique (dynamo d'excitation). Puis viendront les redresseurs (semi-conducteurs) qui permettront d'éliminer completement les dynamos (et donc les charbons). Les alternateurs n'ont pas besoin de bobinage de compensation.

On passe donc de plus en plus à l'alternatif, qui a l'avantage qu'il peut facilement être transformé. Quand on a besoin de continu (par exemple pour la galvanoplastie) on utilise un groupe convertisseur composé d'un moteur alternatif et d'une dynamo. Puis viendront les redresseurs à vapeur de mercure qui ont un meilleur rendement. Certains trains alimentés en alternatif ont à bord un redresseur à vapeur de mercure pour alimenter les moteurs qui travaillent en continu. D'autres trains ont une ligne d'alimentation qui fournit directement du continu. Le tram cotier belge par exemple utilise encore et toujours du continu.

Photos 2-3-4:
La guerre des courants est montrée avec un groupe-convertisseur: le moteur triphasé est simple (et deviendra encore plus simple dans les années qui suivront), tandis que la dynamo est complexe (et le restera à jamais). Tout le courant produit doit passer par les balais, qui deviennent de plus en plus larges au fur et à mesure que le courant à fournir devient important. Pour certaines applications où on a besoin d'un courant important sous une tension relativement basse (galvanoplastie à grande échelle), le collecteur et les balais prennent alors plus de place que le bobinage même.

La plaquette signalétique du moteur et de la dynamo.

Photo 5:
Le convertisseur tournant sera remplacé par un redresseur à bain de mercure pouvant fournir un courant plus important, ne nécessitant pratiquement pas d'entretien et ne produisant pas de vibrations.

Le musée ne contient que peu d'informations sur les piles et les batteries: dans un coin d'une salle j'ai vu une pile de Volta et une très ancienne batterie. Il est vrai que ces batteries ne font pas le poids, en comparaison de la vraie dynamo de Zénobe Gramme!

Plus d'information sur la guerre des courants (continu et alternatif), la dynamo et l'alternateur.