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Générateur électrique

Généralités

Les générateurs électriques sont des machines électrotechniques destinées à transformer une énergie mécanique qui leur est fournie en énergie électrique.

Générateur de courant continu

• Une génératrice appelée populairement dynamo est comme beaucoup de générateurs électriques une machine tournante. Elle fut inventée par Zénobe Gramme.
  • Elle se compose d'une partie mobile tournant autour d'un axe (le rotor), sur lequel est bobiné l'induit, lui-même relié à un collecteur situé sur une des extrémités de l'axe.
  • La partie fixe (le stator) supporte une paire d'aimants, l'(inducteur) devant lesquels passe le bobinage de l'induit.
  • Des balais fixés de manière souple (permettant de compenser l'usure) et, isolé, sur la partie fixe de la machine sont chargés de récupérer le courant électrique produit par l'induit, en établissant un contact électrique avec un collecteur.
  • Le collecteur est constitué de plaques de cuivre en nombre paire, chaque paire est reliée à un bobinage et les éléments sont positionnés de façon à ce qu'ils tombent sous un balai en même temps.
  • Selon le principe qu'un conducteur soumis à un champ magnétique variable développe un champ électrique à ses extrémités, lorsqu'une rotation est transmise au rotor, un courant électrique est récupéré sur les balais.
  • La tension produite par cette machine est formée par une succession d'impulsions de tension constante.
  • Plus la machine tourne vite, plus la fréquence des impulsions augmente et plus elle peut débiter de courant. Cette vitesse de rotation est toutefois limitée par les contraintes mécaniques du collecteur et des balais.
  • Ce type de génératrice est réversible, elle devient facilement un moteur électrique, il suffit de lui fournir un courant continu suffisant et elle se met à tourner. 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, 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 dynamo

Générateur de courant alternatif

Un alternateur est une machine rotative qui convertit l'énergie mécanique fournie par un moteur (turbine, diesel, éolienne...) en énergie électrique à courant alternatif.

Principe

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 sera effectuée en régulant la vitesse de rotation de l'alternateur (mais 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, à l'aide d'une double bague avec balais, en courant continu produit par un excitateur à diodes tournantes, sans balais ou une alimentation extérieure. 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 en mouvement de l'inducteur.

Différents types d'alternateurs

• Dans les alternateurs industriels, l'induit est constitué de trois enroulements disposés à 120° qui fournissent à leurs extrémités un courant alternatif triphasé. Trois de ces bornes sont reliées entre elles (montage étoile) pour constituer la borne appelée Neutre. Les trois autres bornes fournissent les trois Phases.
• Dans les alternateurs domestiques (groupe électrogène monophasé), il est constitué d'un seul enroulement.
• Les alternateurs embarqués (véhicule automobile) sont des alternateurs triphasés munis d'un système (diodes) de redressement, qui permet d'obtenir un courant continu 12 volts pour recharger une batterie fournissant l'énergie électrique lorsque le moteur du véhicule est à l'arrêt.
• 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 dépasse 1 gigawatt.
• 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 moment d'inertie absorbant les variations de vitesse de rotation de l'arbre du moteur diesel.