Pour obtenir des ondes entretenues (Constant Waves - CW) de haute fréquence, les ingénieurs pensèrent dès 1905 à utiliser des machines tournantes industrielles du type de celles employées pour fabriquer le courant électrique. Mais la fréquence très basse de ces alternateurs (50 ou 60 Hz) ne convenait absolument pas à la production d'oscillations très rapides nécessaires à la télégraphie.
Il n'était pas possible de faire tourner plus vite ces machines pour augmenter la fréquence jusqu'à plusieurs milliers de hertz.
Il était nécessaire d'inventer de nouvelles machines dites "Alternateurs à Haute Fréquence".
La conception de ces machines était complexe et de nombreux ingénieurs et chercheurs se mirent à l'ouvrage pour inventer ces nouveaux appareillages. On peut citer parmi ceux-ci :
Elihu THOMSON (1853-1957) fondateur en 1883 de la Thomson-Houston Company,
Nicolas TESLA (1856-1943) ingénieur américain d'origine croate,
DUDDELL,
GOLDSCHMIDT et ARCO,
Reginald FESSENDEN (1866-1932) professeur à l'Université de Pittsburgh et Ernst ALEXANDERSON/
Mais les premiers essais ne purent aboutir à des résultats vraiment convaincants car la fiabilité mécaniques de ces machines n'était pas satisfaisante.
Il faudra attendre les années 1910 pour voir, aux Etats-Unis, Alexanderson ingénieur à la General Electric, proposer une machine industrielle qui réponde enfin aux besoins des radioélectriciens.
Sa machine se compose d'un stator feuilleté et d'un rotor massif en acier à haute résistance en forme de disque présentant à la périphérie des encoches remplies de bronze pour limiter les frottements de l'air.
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L'image ci-contre montre Ernst Alexanderson en train de tester un des premiers alternateurs de puissance de son invention. vers1916. Source: Michaelis Dr. Anthony R., 1965 Ces machines tournent à 2000 tours/minute, vitesse élevé qui engendre des contraintes mécaniques très grandes et des vibrations difficiles à maîtriser. |
Elles produisent un courant alternatif dont la fréquence ne dépasse pas 25 KHz (13 500 m de longueur d'onde) pour une puissance de 200 KW. Elles permettent cependant d'équiper les premières stations radiotélégraphiques de puissance transcontinentales telle la station de Rocky Point (Long Island) près de New-York ou celle de New Brunswick dans le New Jersey.
Alternateur HF Alexanderson de 200 kW installé à la Radio Central Wireless et dans d'autres stations de Radio aux USA
Photo Scientific American Inc.1922
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En France Béthenod et Latour s'intéressent à la même époque à ce type de machines tournantes.
Ils conçoivent une machine qui va rapidement devenir une référence industrielle et va équiper de nombreuses stations en France et dans le monde entier.
La disposition proposée du stator de cet alternateur dit à fer tournant, permet d'augmenter le nombre d'encoches et ainsi de produire, sans augmenter la vitesse de la machine, un courant de fréquence plus haute que sur la machine d'Alexanderson.
Le schéma de principe de l'alternateur Bethenot-Latour est présenté ci-dessous.
Cet alternateur est basé sur la modification périodique de la réluctance du circuit magnétique. Dans cette machine l'inducteur et l'induit sont tous les deux immobiles. Le stator est un disque massif pourvu à sa périphérie d'encoches usinées.
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Le flux magnétique est produit par une bobine inductrice fixe AA'. Le circuit magnétique est constitué de la roue mobile en fer RR', le noyau d'induit entouré des bobines induites BB' et un flasque FF' qui constitue le corps de la machine. |
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La roue mobile comporte un nombre N de dents et le noyau d'induit 2N encoches dans lesquelles sont disposées 2N bobines reliées entre elles en série et avec les enroulements successifs bobinés en sens inverse de façon à ce que les f.e.m soient en phase et s'ajoutent.
Lorsque la roue en fer passe devant une encoche fixe de l'induit, le flux varie de 0 à une valeur maximale puis revient à 0 donnant ainsi à chaque passage de dent naissance à une tension alternative dans la bobine.
La fréquence du courant est fonction de la vitesse de rotation.
Si l'on a 12 dents et une vitesse de rotation de 4500 t/min (75 tours par seconde), la fréquence du courant induit sera de :
75x12 = 900 Hz
Avec une machine tournant à 3000 t/min et 400 encoches il est possible de produire une tension alternative de 20 000 Hz.
Dans ce type de machines électromagnétiques, il est nécessaire de constituer les parties soumises au champ magnétiques haute fréquence par des tôles minces afin d'éviter les pertes de rendement par échauffement. C'est ce que l'on appelle les pertes fer.
Afin d'éviter les pertes par frottement de l'air, les machines fonctionnaient sous atmosphère raréfié.
La commande des alternateurs nécessitait 4 machines : un moteur à courant alternatif branché sur le réseau qui entraîne une génératrice à courant continu, un moteur à courant continu qui entraîne l'alternateur à vitesse variable.
La vue ci-dessus montre la roue mobile en fer feuilleté et la partie inférieure du stator de l'alternateur du poste émetteur de Lyon-la-Doua (Musée Ampère à Poléymieux près de LYON)
Les machines françaises se révélèrent rapidement très performantes et elles furent rapidement adoptées par de nombreuses stations en France et à l'étranger (Ankara, Belgrade, Bordeaux, Bruxelles, Bucarest, Pise, Constantinople, Lyon, Prague, Saïgon, Sainte-Assise, Tananarive ...).
L'image ci-contre montre un Alternateur
à Haute Fréquence Bethenod-Latour réalisé par la Société
Alsacienne de Constructions Mécaniques (SACM) à Belfort.
Cette machine était installée sur l'émetteur de Sainte-Assise près de PARIS. |
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En Allemagne GOLDSCHMIDT et ARCO proposèrent un alternateur à moyenne fréquence qui exploitait par un système de filtrage (circuit résonnant accordé à la sortie de la machine) les harmoniques de la fréquence fondamentale de la machine (application du théorème de Boucherot). Ces dispositifs furent rapidement abandonnés en raison de leur faible rendement. |
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Merci à Monsieur Didier MULLER du Haut-Rhin pour sa photo de la plaque ancienne SACM.
Source :
A la conquête des ondes - LA TSF - Paul BRENOT - Librairie PLON - PARIS 1929. Préface du général FERRIE
Cours de physique générale - Electricité - G. Bruhat et G. Goudet - MASSON & Cie Editeurs - 1967
Encyclopédie de la Radio - M. ADAM - Etienne Chiron Editeur - PARIS - Edition de 1928
Dernière mise à jour de la page : 3 mars, 2006
