Principe de fonctionnement d'un alternateur (Partie I)

Ce cours sera divisé en 3 parties

Partie I

I/ Principe De Fonctionnement             

   A/ Phénomènes D'Induction

   B/ Application A L’alternateur 

II/ Description Des Parties Essentielles D'un Alternateur 

   A/ Le Stator 

   B/ Le Rotor     

Partie II

IV/ Etude Générale D'un Alternateur           

  A/ Fonctionnement A Vide 

  B/ Fonctionnement En Charge 

  C/ Rendement De L’alternateur

  D/ Alternateur Triphasé 

  E/ Excitation Des Alternateurs

Partie III

V/ Fonctionnement D'un Alternateur           

  A/ L’alternateur Alimente Seul Un Réseau 

   B/ L’alternateur Alimente  Un Réseau En Parallèle Avec D'autres Alternateurs 

      1° Conditions De Couplage 

      2° Répartition Des Charges

  C/ Limites De Fonctionnement

  D/ Fonctionnement En Moteur Synchrone

  

  Partie I

I/-Principe de fonctionnement

   Le principe d'induction magnétique est généralement expérimenté en déplaçant un aimant permanent dans une bobine. Une tension se crée aux bornes de la bobine. Un alternateur fonctionne selon ce principe :un électroaimant, alimenté par un courant d'excitation, est en rotation à l'intérieur de trois bobines : il  produit ainsi trois tensions triphasées alternatives décalées de 120°. Ces tensions sont ensuite redressées en une tension continue.

   L'énergie produite par un alternateur est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'électroaimant et à sa puissance, qui elle même est proportionnelle au courant d'excitation.

A/ Phénomènes D'Induction

1)-Action mutuelle de deux aimants

La région de l’espace, dans laquelle se manif este l ’action d’une aimant est appelée CHAMP MAGNETIQUE 

- Le champ magnétique peut être matérialisé par des LIGNES DE

FORCE qui indiquent en tout point la direction de son effet.  

- le sens des lignes de force a été conventionnellement choisi, du pôle 

nord vers le pôle sud à l’extérieur de l’aimant. 

2) INDUCTION MAGNETIQUE

Au point  P la force d’attraction agissant sur l’aiguille aimantée est plus

importante qu’au point  P’.  

Nous dirons que l’INDUCTION MAGNÉTIQUE est plus importante en P qu’en P’

L’induction magnétique B est une grandeur déf inissant la valeur

du champ magnétique en un point donné. 

Elle s’exprime en TESLA (T).

C’est au centre de la bobine que cette induction est la plus 

importante.
De quoi dépend l’induction magnétique à l’intérieur d’une bobine ?

3) Induction électromagnétique

Pendant le déplacement de l’aimant, un

courant prend naissance dans la bobine 

Ce courant est appelé : COURANT INDUIT 

CONCLUSION

Pour qu’un courant induit prenne naissance dans une bobine, il faut qu’elle soit

soumise à une VARIATION DE FLUX (ΔΦ) 

La bobine qui produit le flux est appelée :  INDUCTEUR

La bobine dans laquelle prend naissance le courant induit est appelée :  INDUIT

B/ Application A L’alternateur

  On nomme alternateurs, les générateurs de courant alternatif. La plupart sont des machines très puissantes en service dans les centrales thermiques ou hydrauliques. 
   Les f.é.m. alternatives sont produites par induction, c’est -à-dire par déplacement relatif d’un circuit induit par rapport à un circuit inducteur.
  Un courant continu passe dans les bobines de l’inducteur et aimante les pôles. Les lignes d’induction sortent par chaque pôle nord, traversent l’entrefer entre les pièces polaires et le stator, puis bifurquent à gauche et à droite pour passer dans les deux pôles sud voisins après avoir traversé une seconde fois l’entrefer. 
   Actuellement, pour les alternateurs de grande puissance, l’induit est fixe et l’inducteur mobile. Deux formes sont adoptées : les alternateurs à pôles inducteurs saillants, dont la vitesse est relativement lente, sont entraînés par des turbines hydrauliques, des moteurs à gaz ou diesel ; les turbo-alternateurs à inducteurs lisses, sont accouplés à des turbines à vapeur ou hydrauliques tournant à grande vitesse. 
   Nb :Certains alternateurs de petite puissance ont un inducteur fixe et un induit mobile, notamment ceux utilisés en bout d’arbre comme excitatrice. 

II/ Description Des Parties Essentielles D'un Alternateur 

  Un alternateur est composé des ensembles suivants :  
- le stator :il est  composé de la carcasse, du circuit magnétique et des bobinages
- le rotor : il est composé d’un circuit magnétique, de masses polaires et du bobinage polaire

A/ Le Stator 

   Le stator  comprend un circuit magnétique constitué par un empilage de tôles en forme d couronne, isolées les unes des autres pour limiter les courants de Foucault. L’ensemble de couronnes avec leur isolation est fortement serré, il constitue le circuit magnétique du stator.
   Dans sa partie intérieure, le circuit magnétique comporte des encoches uniformément répartie dans lesquelles vient se loger l’enroulement triphasé du stator.  Le circuit magnétique du stator est en fer afin d’augmenter le champ magnétique engendré par le rotor, il supporte le bobinage du stator. Le bobinage d’un stator triphasé comprend trois bobines décalées l’une par rapport l’autre de 120°.  
   Les deux extrémités de l’enroulement aboutissent chacune à une borne à la plaque de borne de la machine. Elles constituent l’entrée et la sortie de l’enroulement. Elles ne sont pas connectées ensemble : l’enroulement est ouvert. C’est à l’utilisateur de réaliser le couplage Parce que l’induit est fixe, on peut isoler fortement ses conducteurs  ; aussi, construit-on d'alternateurs qui produisent des f.é.m. atteignant jusqu’à 15 000 volts. 

B/ Le Rotor 

   Le rotor qui tourne à l’intérieur du stator immobile.  Le rotor porte, dans les encoches disposées à sa périphérie, un enroulement parcouru par un courant continu.    Le courant continu provient du système d’excitation   Le rotor excité, en tournant, produit un champ tournant avec lui. Ce champ tournant engendre des forces électromotrices dans chacune des phases de l’enroulement du stator.  
   Les pôles sont alternativement nord et sud ; leur nombre total 2 p est toujours paire.  Certains rotors n’ont que 4 pôles, il en est qui en possèdent plusieurs dizaines.   

   Si les différentes phases du stator sont fermées sur un circuit extérieur, elles sont parcourues par des courants alternatifs. 
   L’ensemble de ces courants produit un champ tournant dans le même sens et à la même  vitesse que le rotor . Le champ du rotor est proportionnel au courant d’excitation ; le champ du stator est proportionnel au courant  I dans les phases de l’enroulement du stator. 

à suivre....

Partie II
Partie III