Electricité
Le fonctionnement d'une dynamo
Dynamo
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Cette page reprend le fonctionnement général des dynamos. Pour une explication plus détaillée (par exemple les poles de compensation, les groupes Ward Leonard...) consultez la page index dynamos.
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Fonctionnement d'une dynamo

Visiteurs du forum Futura Sciences:
  • Ne pas utiliser une dynamo pour recharger une batterie avec une éolienne! Si tout le monde a abandonné la dynamo au profit d'un alternateur, c'est parce que son rendement est moins bon. Une dynamo a besoin d'une vitesse de rotation minimale pour produire du courant. Si la vitesse de rotation est trop basse, la batterie se vide.

  • Ne pas utiliser d'alternateurs: ils nécessitent un couple au démarrage important (et également une vitesse minimale, mais ici la batterie n'est pas déchargée). Le couple nécessaire est de plus multiplié par l'engrenage: un alternateur commence à débiter vers 1500 tours. L'excitation demande une puissance d'environ 10W (que l'éolienne doit fournir avant de pouvoir débiter du courant dans la batterie).

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On trouve facilement de petits moteurs-générateurs (sur ebay). Ce sont des moteurs/générateurs triphasés à aimant permanent (l'avantage c'est qu'il ne faut pas de courant d'excitation). Il faut choisir un générateur multipole qui ne nécessite pas de multiplicateur.

La tension est alternative et pas très stable, mais un pont redresseur suivi d'un régulateur de type 7815 avec refroidisseur peut facilement limiter la tension, surtout qu'il ne faut pas plus d'un 1A selon ce que je lis sur le forum.

Schema 1 (à droite): Une dynamo se compose de bobinages placés dans un champ magnétique. Il peut aussi bien s'agir d'un champ produit par un aimant (magnétos de bicyclettes) ou par un électro-aimant (puissances plus élevées).

Schema 2: Pour réduire les différences de potentiel au passage d'une lame de collecteur à l'autre (et donc réduire les étincelles) on augmente le nombre de bobinages.

Schema 3: Pour diminuer les pertes on augmente le nombre de poles magnétiques (et donc aussi le nombre de balais). Le courant qui passe dans chaque balais est ainsi réduit, puisque les balais sont mis en parallèle.

Schema 4 (ci-dessous): Le courant pour produire le champ magnétique est prélevé sur le courant fourni par la dynamo. On peut soit le prélever en série, soit en parallèle (on emploie souvent la dénomination américaine "shunt"), soit "un peu de tout" à la belge.

La dynamo commence à produire du courant par le faible champ magnétique rémanent. Ce courant va augmenter le champ magnétique, ce qui va augmenter le courant produit, etc, jusqu'à saturation du circuit magnétique.

Plus en détail: le stator produit un champ (fixe) dans le rotor. Le rotor qui tourne voit ce champ qui change continuellement, et produit donc un courant alternatif (plus ou moins sinusoïdal). La tension induite correspond au champ magnétique et est fixe par rapport au stator. Si on veut obtenir du continu, il faut prélever la tension à un endroit fixe, là où elle est la plus élevée.

Le courant produit dans l'induit provoque également un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique principal (réaction d'induit). Ce champ magnétique dépend de la charge et doit être neutralisé dans les dynamos industrielles: voyez la page enroulements de compensation et pôles de commutation.


Excitation série

Une dynamo avec excitation en série produit une tension plus élevée si on augmente la charge: en effet, le courant d'excitation augmente avec la charge. La tension n'augmente pas indéfiniment: une fois la saturation magnétique atteinte, la tension commence à diminuer à causes des pertes (résistance ohmique des bobinages et des charbons, réaction d'induit,...).

Le bobinage d'excitation série est réalisé en gros fil, car tout le courant doit passer par ce bobinage.

Ce type de dynamo n'a que peu été utilisé car son fonctionnement n'est pas stable: la tension augmente quand la dynamo doit fournir plus de courant, jusqu'à ce que la dynamo entre en saturation.

La raison pour laquelle des dynamos séries sont décrites: quand un moteur série (utilisé dans la traction ferroviaire) doit freiner, il se comporte comme une dynamo série et renvoie l'énergie du freinage sur le réseau.

Excitation shunt

Une dynamo avec excitation shunt (aussi appellé parallèle ou dérivation) produit une tension plus basse quand la charge augmente car la partie de courant disponible pour l'excitation diminue. Cours-circuitée, la dynamo produit un courant très faible (correspondant au magnétisme rémanent de l'inducteur).

Ce type de dynamo doit démarrer sans charge pour permettre l'établissement du champ magnétique (amorçage).

Le bobinage d'excitation shunt est réalisé avec beaucoup de spires de fil fin pour avoir un champ magnétique important sans consommer trop de courant.

Excitation compound

Pour palier à ces inconvénients, toutes les dynamos pour la production industrielle d'électricité étaient des dynamos compound, composées à la fois d'une excitation série et parallèle.

Une dynamo compound permet de maintenir la tension constante quelle que soit la charge (à 5% près pour les dynamos industrielles).

La dynamo a aussi bien un gros bobinage série qu'un fin bobinage en dérivation.

Excitation indépendante

Il ne faut pas oublier l'excitation indépendante, qui permet de faire varier la tension fournie dans de grandes limites. L'excitation indépendante est utilisée pour fournir du courant aux moteurs à courant continu dont on peut ainsi controler la vitesse avec une faible puissance (groupe Ward Leonard).


Le fonctionnement de la dynamo compound peut être obtenu avec deux dynamos simples (shunt et série) où la dynamo série compense la chute de tension de la dynamo shunt quand la charge augmente. La dynamo série est souvent appellée survolteur ou booster. Un survolteur fonctionne mieux qu'une dynamo hypercompound tant qu'il n'entre pas en saturation. La tension supplémentaire correspond exactement au courant demandé, et donc aussi à la perte de tension dans le long fil conducteur. Pour les applications normales, on utilise une dynamo compound plus compacte et provoquant moins de pertes (pertes mécaniques et électriques dans les balais).

Dynamos compound spéciales

La dynamo hyper-compound a une tension qui augmente légèrement avec la charge. Elle était utilisée dans les centrales électriques car elle permettait de compenser naturellement les pertes de tension dans les conducteurs quand le courant augmente.

Pour des applications bien spécifiques, on a même construit des dynamos anti-compound dont le bobinage série diminue le champ magnétique. On utilise les dynamos anti-compound dans les postes à souder. Une dynamo anti-compound permet de maintenir le courant pratiquement constant quel que soit la charge. La tension à vide relativement élevée (80V) facilite la formation de l'arc.

Le montage anticompound est utilisé là où un cours circuit ou une forte surcharge est possible, mais où le système doit continuer à fonctionner normalement. Un exemple est une machine de draguage qui peut être bloquée par des gros débris. Un moteur diésel alimente une dynamo anti-compound qui à son tour alimente le moteur de l'engin de draguage. En cas de bloquage, le courant est limité à une valeur admissible et le moteur diésel n'est jamais surchargé.

Les dynamos hypercompound étaient également utilisées pour alimenter les lampes à arc (courant constant quel que soit la longueur de l'arc), mais c'est de l'histoire ancienne.

La courbe de tension selon le courant fourni:

  • hypercompound (alimentation d'utilisateurs à distance),
  • compound (type le plus répandu),
  • sous-compound (pour fonctionnement en parallèle sans avoir à envoyer le courant d'une dynamo au bobinage série de l'autre),
  • dérivation ou shunt (pas de compound) et
  • anti-compound.

Fonctionnement en parallèle de dynamos

Pour augmenter la puissance fournie, il est possible de monter plusieurs dynamos shunt en parallèle sans mesures particulières.

Pour utiliser deux dynamos avec excitation série en parallèle, il faut que le courant fourni par la première dynamo serve à exciter la seconde dynamo et inversément. La dynamo qui fournit le plus de courant va augmenter l'excitation de l'autre dynamo, qui va ainsi à son tour produire plus de courant. Ca marche comme sur des roulettes — façon de parler, bien sûr, on ne s'amusait pas tous les jours à cette époque. Ce système ne fonctionne d'ailleurs bien que pour des dynamos de puissance identique.

Si on relie plusieurs dynamos, il est plus aisé de monter un rail d'egalisation (barre en rouge).

Le même système est utilisé pour les dynamos compound, si la part de l'excitation série est limitée, il suffit de relier les balais de toutes les dynamos ensemble pour égaliser le courant.

L'excitation externe des dynamos est décrite sur une page séparée: l'excitation externe permet d'utiliser une dynamo comme dynamo amplificatrice

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