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Électricité

Générateur électrique

Les générateurs électriques sont des dispositifs permettant de produire de l’énergie électrique à partir d’une autre forme d’énergie. Par opposition, un appareil qui consomme de l’énergie électrique s’appelle un récepteur électrique.

Générateur de tension

Il permet de fournir une tension quasi constante sans perte de charge. C’est un modèle théorique qui permet de s’affranchir de la résistance interne du générateur. (Analogue pour les générateurs de courant)

Symbole d'un générateur de tension dans un circuit
Générateur de tension

Symbole d’un générateur de tension dans un circuit

Générateur électrochimique

Les accumulateurs électrochimiques sont des générateurs de courant continu, rechargeables, utilisés dans les applications électrotechniques et électroniques portatives.

Machine électrostatique

Machine rotative de courant continu

Machine rotative de courant continu

Une génératrice de courant continu appelée populairement dynamo est comme beaucoup de générateurs électriques une machine tournante. Elle fut inventée par Zénobe Gramme.

Constitution

Cette machine fonctionne en génératrice mais est réversible en moteur. Les détails constitutifs de la machine sont détaillés dans l’article machine à courant continu.

Précaution

Ce type de génératrice étant réversible, elle devient facilement un moteur électrique, ce qui implique que lors de son arrêt la dynamo doit être déconnectée de sa charge si celle-ci peut lui fournir un courant en retour : batterie d’accumulateurs, autre dynamo.

  • Cette dernière caractéristique a été utilisée dans les petites automobiles des années 1970, un système de relais connecte la batterie pour fournir un courant à la dinastar qui démarre le moteur à explosion et passe automatiquement en dynamo lorsque celui-ci atteint un certain régime.

Machine à courant continu: La dynamoabbas

Machine rotative de courant alternatif

La découverte en 1832 par Faraday des phénomènes d’induction électromagnétique lui permet d’envisager de produire des tensions et des courants électriques alternatifs à l’aide d’aimants. Pixii, sur les indications d’Ampère construit la même année une première machine qui sera perfectionnée ensuite (1833 – 1834) par Sexton et Clarke.  Un alternateur est une machine rotative qui convertit l’énergie mécanique fournie par un moteur (turbine, diesel, éolienne…) en énergie électrique à courant alternatif.

Plus de 95 % de l’énergie électrique est produite par des alternateurs synchrones : machines électromécaniques fournissant des tensions de fréquences proportionnelles à leur vitesse de rotation. Ces machines sont moins coûteuses et ont un meilleur rendement que les machines à courant continu (dynamos) qui délivrent des tensions continues (95 % au lieu de 85 %).

Les machines asynchrones en fonctionnement hypersynchrone (fréquence de rotation supérieure à la fréquence de synchronisme) fournissent également de l’énergie au réseau alternatif auquel elles sont connectées. Elles sont de plus en plus utilisées en génératrices grâce au progrès récent de l’électronique de puissance.

Principe de l’alternateur synchrone

Générateur vue éclatée
l’alternateur synchrone

Générateur vue éclatée

Les machines étant toutes réversibles, on se reportera à l’article machine synchrone.

Cette machine est constituée d’un rotor (partie tournante) et d’un stator (partie fixe).

  • Le rotor est l’ inducteur.
    • Il peut être un aimant permanent, la régulation de la tension de sortie se fera en régulant la vitesse de rotation de l’alternateur, (la fréquence du courant variera également). C’est le principe de la dynamo de vélo, qui est en fait un petit alternateur.
    • Plus couramment un électroaimant assure l’induction. Ce bobinage est alimenté en courant continu, soit à l’aide d’un collecteur à bague rotatif (une double bague avec balais) amenant une source extérieure, soit par un excitateur à diodes tournantes et sans balais. Un système de régulation permet l’ajustement de la tension et de la phase du courant produit.
  • Le stator est l’induit. Il est constitué d’enroulements qui vont être le siège de courant électrique alternatif induit par le champ magnétique créé par l’inducteur en mouvement.

Différents types d’alternateurs

  • Dans les alternateurs industriels, l’induit est constitué de trois enroulements disposés à 120° qui fournissent un système de courants alternatifs triphasés.
    • Dans les centrales électriques thermiques (nucléaires ou classiques), une turbine à vapeur ou une turbine à gaz tournant à grande vitesse est couplée à un turboalternateur. Ce type de générateur tourne généralement à 1500 tours/minute (rotor à 4 pôles) ou à 3000 tours/minute (rotor à deux pôles), pour les réseaux de distribution à 50 Hz. La puissance électrique fournie par un des turboalternateurs d’une centrale nucléaire peut atteindre 1600 mégawatts.
    • Les centrales hydrauliques, dont les turbines tournent plus lentement, ont des rotors comportant un nombre important de pôles (14, 16 pôles). L’axe de rotation de l’arbre peut être vertical ou horizontal et le diamètre de cet arbre est grand.
    • Les gros groupes électrogènes utilisent généralement un moteur diesel lent. Dans ce cas, le rotor de l’alternateur ressemble beaucoup à celui d’un alternateur ‘hydraulique’, avec un nombre élevé de pôles, un grand diamètre et un grand mouvement d’inertie absorbant les variations de vitesse de rotation de l’arbre du moteur diesel.
  • Dans les alternateurs domestiques (groupe électrogène monophasé), l’induit est constitué d’un seul enroulement.
  • Les alternateurs embarqués, entre autre sur les véhicules automobiles, sont des alternateurs triphasés munis d’un système de redressement à (diodes), qui délivre un courant continu sous une tension d’environ 14 V ou 28 V pour les camions, fournissant l’énergie électrique de la voiture et rechargeant la batterie qui elle fournit l’énergie lorsque le moteur du véhicule est à l’arrêt.

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