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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 (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière, calculer. Ce travail est proportionnel à...) s'appelle un récepteur électrique.

Générateur de tension (La tension est une force d'extension.)

Il permet de fournir une tension quasi constante sans perte de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un...). C'est un modèle théorique qui permet de s'affranchir de la résistance interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à...) du générateur. (Analogue pour les générateurs de courant)

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

Générateur électrochimique

Les accumulateurs électrochimiques sont des générateurs de courant continu (Le courant continu (CC), par opposition au courant alternatif, est un courant électrique unidirectionnel : le courant circule à chaque instant dans le même sens, le déplacement des...), rechargeables, utilisés dans les applications électrotechniques et électroniques portatives.

Machine électrostatique (Une machine électrostatique est une machine qui permet d'accumuler des charges électriques par frottement sur une boule ou condensateur dont le potentiel monte.)

Machine rotative de courant continu

Une génératrice de courant continu appelée populairement dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique. Elle a été inventée en Belgique en 1869 par Zénobe Gramme. La dynamo repose sur un principe physique :...) est comme beaucoup de générateurs électriques une machine tournante. Elle fut inventée par Zénobe Gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.).

Constitution

Cette machine fonctionne en génératrice mais est réversible en moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne,...). Les détails constitutifs de la machine sont détaillés dans l'article machine à courant continu (Une machine à courant continu est une machine électrique : convertisseur électromécanique permettant la conversion bidirectionnelle d'énergie entre une...).

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 (Le moteur à explosion est un type de moteur à combustion interne, il est principalement utilisé pour la propulsion des véhicules de transport (avion à hélice, automobile, moto, camion, bateau), ainsi que pour une multitude d'outils...) et passe automatiquement en dynamo lorsque celui-ci atteint un certain régime.

Machine à courant continu: La dynamoabbas

Machine rotative de courant alternatif (Le courant alternatif est un courant électrique qui change de sens.)

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 (Ampère peut désigner :) construit la même année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) une première machine qui sera perfectionnée ensuite (1833 - 1834) par Sexton et Clarke. [1] Un alternateur est une machine rotative qui convertit l'énergie mécanique (L'énergie mécanique est une quantité utilisée en mécanique classique pour désigner l'énergie d'un système emmagasinée sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle mécanique. C'est...) fournie par un moteur (turbine, diesel, éolienne (Une éolienne est un dispositif qui utilise la force motrice du vent. Cette force peut être utilisée mécaniquement (dans le cas d'une éolienne de pompage), ou produire de l'électricité (dans le cas d'un...)...) en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 (On distingue :) 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 (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence...) de synchronisme) fournissent également de l'énergie au réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) alternatif auquel elles sont connectées. Elles sont de plus en plus utilisées en génératrices grâce au progrès récent de l'électronique de puissance (L'électronique de puissance est l'une des branches de l'électrotechnique, elle concerne les dispositifs (convertisseurs) permettant de changer la forme de l'énergie électrique.).

Principe de l'alternateur synchrone

Générateur vue éclatée
Générateur vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) 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 (L'inducteur est une organe électrotechnique, généralement un électroaimant, ayant comme fonction d'induire un champ électromagnétique dans un induit : machine électrotechnique,...).
    • Il peut être un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés particulières comme...) permanent, la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) 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 (Un électro-aimant est un organe électrotechnique produisant un champ électromagnétique lorsqu'il est alimenté en électricité. Il est constitué d'un bobinage et souvent d'une pièce en matériau ferromagnétique doux appelé circuit...) 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 (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) du courant produit.
  • Le stator est l'induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou...). Il est constitué d'enroulements qui vont être le siège de courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces...) alternatif induit par le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée...) 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 (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen d'un arbre.) à vapeur () ou une turbine à gaz (Une turbine à gaz, appelée aussi turbine à combustion, est une machine tournante thermodynamique appartenant à la famille des moteurs à combustion interne dont le rôle est de produire de l'énergie mécanique...) 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 (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) électrique fournie par un des turboalternateurs d'une centrale nucléaire (Une centrale nucléaire est un site industriel qui utilise la fission de noyaux atomiques pour produire de la chaleur, dont une partie est transformée en électricité...) peut atteindre 1600 mégawatts.
    • Les centrales hydrauliques, dont les turbines tournent plus lentement, ont des rotors comportant un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) important de pôles (14, 16 pôles). L'axe de rotation de l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres...) peut être vertical ou horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la...) et le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) de cet arbre est grand.
    • Les gros groupes électrogènes utilisent généralement un moteur diesel (Fruit des travaux menés par l'ingénieur allemand Rudolf Diesel entre 1893 et 1897, le moteur Diesel est un moteur à combustion interne dont l'allumage n'est pas commandé mais spontané, par phénomène...) lent. Dans ce cas, le rotor de l'alternateur ressemble beaucoup à celui d'un alternateur 'hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent...)', avec un nombre élevé de pôles, un grand diamètre et un grand mouvement d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement rectiligne uniforme...) 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 (Un enroulement en électrotechnique est un conducteur électrique isolé bobiné (enroulé autour d'un support). Cet enroulement peut n'être constitué que d'une seule spire (tour du support), comme aussi bien de milliers de spires.).
  • 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 (Le camion est un véhicule automobile à roues destiné à transporter des marchandises. Le routier (routière) ou camionneur (camionneuse) a pour profession la conduite d'un camion.), fournissant l'énergie électrique de la voiture et rechargeant la batterie qui elle fournit l'énergie lorsque le moteur du véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) est à l'arrêt.

Notes et références

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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