Générateur électrique

Un générateur électrique est un système servant à produire de l'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie.



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Un générateur électrique est un système servant à produire de l'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie. Par opposition, un appareil qui consomme de l'énergie électrique se nomme un récepteur électrique.

Modélisation

Un générateur réel peut se modéliser, soit comme un générateur de tension avec une résistance en série, soit comme un générateur de courant avec une résistance montée en parallèle.

Générateur de tension

Symbole d'un générateur de tension dans un circuit

Le générateur de tension est un modèle théorique. C'est un dipôle capable d'imposer une tension constante quelle que soit la charge reliée à ses limites. Il est aussi nommé source de tension.

Générateur de courant

Symbole d'un générateur de courant dans un circuit

Pour le générateur de courant parfait, c'est le courant qui est constant, quelle que soit la tension demandée. C'est aussi un modèle théorique car l'ouverture d'un circuit comportant un générateur de courant non nul devrait conduire à apporter une puissance illimitée. Il est impossible de placer en série deux générateurs de courant de valeurs différentes.

Générateur électrochimique

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

Générateur électrostatique

Article détaillé : Machine électrostatique.

La machine électrostatique est ainsi appelée parce qu'elle fait appel aux lois de l'électrostatique à la différence des machines dites électromagnétiques. Quoique des moteurs électrostatiques aient été imaginés (ils fonctionnent sur le principe de la réciprocité des générateurs électrostatiques) [1], ils n'ont pas eu de succès (mais les nanotechnologies pourraient proposer de tels «nanomoteurs» électrostatiques)  ; par contre, comme générateurs de très haute tension, les machines électrostatiques connaissent leur principale application dans le domaine des accélérateurs d'ions ou d'électrons. Elles transforment l'énergie mécanique en énergie électrique dont les caractéristiques sont la très haute tension continue et le microampérage. La puissance des machines du XVIIIe siècle et du XIXe siècle était en effet infime (quelques watts) et les frottements mécaniques ne leur laissaient qu'un particulièrement mauvais rendement. La raison en est que la densité maximale d'énergie du champ électrique dans l'air est particulièrement faible. Les machines électrostatiques ne peuvent être utilisables (de manière industrielle) que si elles fonctionnent dans un milieu où la densité d'énergie du champ électrique est assez élevée, c'est-à-dire quasiment dans un gaz comprimé, qui est le plus souvent l'hydrogène ou l'hexafluorure de soufre (SF6), sous des pressions comprises entre 10 et 30 atmosphères[2].

Machine tournante

Dynamo

Article détaillé : Dynamo.
Multipolargenerator.gif

Une génératrice de courant continu nommée populairement dynamo est comme énormément de générateurs électriques une machine tournante. Elle fut découverte par Zénobe Gramme.

Constitution

Cette machine est réversible et peut par conséquent fonctionner en génératrice ou en moteur. La constitution de la machine est détaillée dans l'article Machine à courant continu.

Précaution

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

Cette dernière caractéristique a été utilisée dans les petites automobiles des années 1970, un dispositif de relais connecte la batterie pour apporter un courant à la dynastar qui démarre le moteur à explosion et passe automatiquement en dynamo quand ce dernier atteint un certain régime[3].

Alternateur

Article détaillé : machine synchrone.

La découverte en 1831 par Faraday des phénomènes d'induction électromagnétique lui permet d'envisager de produire des tensions et des courants électriques alternatifs avec aimants. Pixii, sur les indications d'Ampère construit la même année une première machine qui sera peaufinée ensuite (1833 - 1834) par Sexton et Clarke[4]. Un alternateur est une machine rotative qui convertit l'énergie mécanique apportée au rotor en énergie électrique à courant alternatif.

Plus de 95 % de l'énergie électrique est produite par des alternateurs : 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 %).

Principe de l'alternateur

Générateur (vue éclatée)

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

Différents types d'alternateurs

Alternateurs industriels

Dans les alternateurs industriels, l'induit est constitué de trois enroulements disposés à 360°/3p (p : nombre de paires de pôle) soit 120° pour 1 paire de pôle et trois enroulements, qui fournissent un dispositif de courants alternatifs triphasés.

Alternateurs domestiques

Dans les alternateurs domestiques (groupe électrogène monophasé), l'induit est constitué d'un seul enroulement.

Alternateurs embarqués

Les alternateurs embarqués, entre autres sur les véhicules automobiles, sont des alternateurs triphasés pourvus d'un dispositif de redressementdiodes), qui délivre un courant continu sous une tension d'environ 14 V pour les voitures et 28 V pour les camions, fournissant l'énergie électrique du véhicule et rechargeant sa batterie visant à apporter l'énergie quand le moteur sera à l'arrêt. Il doit être associé à un régulateur de tension protégeant la batterie d'une surcharge.

Génératrice asynchrone

Article détaillé : Machine asynchrone.

Les machines asynchrones en fonctionnement hypersynchrone (fréquence de rotation supérieure à la fréquence de synchronisme) fournissent aussi de l'énergie au réseau alternatif auquel elles sont connectées. Elles ont le désavantage de ne pas pouvoir réguler la tension à la différence des machines synchrones qui peuvent assurer la stabilité des réseaux électriques. Cependant elles sont de plus en plus utilisées en génératrices de petites puissances comme les éoliennes et les micro-barrages grâce au progrès récent de l'électronique de puissance. Une application est la machine asynchrone à double alimentation.

Notes et références

  1. Bollee B., Elektrostatische Motoren, Philips Technische Rundshau, Vol. 30, n° 617, 1969, pp 175-191
  2. Noël J. Felici - Cours d'électrostatique - 1960, Grenoble
  3. Machines à courant continu : La dynamoabbas
  4. Alfred Picard, Exposition universelle internationale de 1889 à Paris. Rapport général, vol.  7 : L'outillage et les procédés des industries mécaniques. L'électricité (suite) (groupe VI de l'Exposition universelle de 1889) , p.  page 299.
    Disponible en ligne sur le site du Conservatoire numérique des Arts & Métiers

Voir aussi

Liens externes

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