Commutation machines CC : Redressement mécanique pour couple continu

La commutation est le processus mécanique dans machine CC qui inverse le courant spire induit à l'instant précis où la spire traverse le plan neutre magnétique, assurant couple unidirectionnel.

Pourquoi c'est nécessaire

Conducteurs induit sous pôle nord portent courant un sens ; sous pôle sud, couple requiert courant opposé. Comme rotor tourne, chaque spire doit inverser sens courant chaque demi-tour. Sans commutation, couple inverserait → moteur cale.

Matériel : Collecteur & Balais

• Collecteur : Cylindre segments cuivre isolés (un par extrémité spire), monté arbre.
• Balais : Blocs carbone/graphite stationnaires pressant collecteur. Conduisent courant entre bornes stationnaires et segments tournants.
• Position balais : Réglée sur axe neutre magnétique (neutre géométrique ± compensation) pour commutation sans étincelles.

Processus commutation (Idéal vs Réel)

1. Idéal : Courant s'inverse instantanément (ligne diagonale) pendant période court-circuit balai. Tension réactance nulle.
2. Réel (Pratique) : Inductance spire L s'oppose à di/dt → tension réactance induite e = −L(di/dt) retarde inversion → courant pas fully inversé quand balai quitte segment → étincelage bord de fuite.

Techniques amélioration

• Pôles d'interpôles (Pôles commutation) : Pôles étroits entre pôles principaux, série avec induit. Produisent flux ∝ I_a pour annuler tension réactance. Standard toutes machines HP entières.
• Enroulements compensateurs : Dans faces pôles, série avec induit. Annulent distorsion réaction induit. Gros moteurs, service sévère.
• Sélection grade balais : Électrographite (courant fort), métal-graphite (basse tension), carbone (vitesse haute).
• Pression balais : 1,5–2,5 psi typique. Trop bas → rebond/étincelles ; trop haut → usure.

Types

• Commutation idéale : Théorique, zéro étincelle.
• Commutation droite (Résistance) : Balais/enroulements haute résistance pour augmenter constante temps L/R.
• Commutation retardée/accélérée : Décalage balais (obsolète ; cause affaiblissement flux).
• Commutation compensée : Interpôles + enroulements compensateurs → sans étincelles gamme charge.

Bonne commutation = longue vie balais, faible CEM, haut rendement. Mauvaise commutation = collecteur piqué, poussière balais, bruit radio, risque flashover.