Rapport du courant d'excitation Ie et de la tension récoltée Uo Fonctionnement à vide (bleu) et en charge (rouge)

Même sans courant d'excitation, un faible voltage apparait sur les bornes de l'alternateur (causé par le magnétisme rémanent). Quand le courant d'excitation augmente, la tension augmente aussi, mais une saturation se produit. Même avec un courant d'excitation maximum, il n'est normalement pas possible d'obtenir une tension supérieure à 125% de la tension nominale (donc 500V pour un générateur fournissant du 400V). La tension produite chute quand on prélève du courant: il faut compenser les pertes (ohmiques et magnétiques) en augmentant le courant d'excitation de Io à Im. Génération du courant d'excitation avant l'usage de modules électroniques

Détermination du courant d'excitation par compoundage

Quand le générateur est en charge, il faut compenser les pertes (pertes ohmiques dans l'induit, pertes magnétiques dans l'entrefer et réaction d'induit). Il faut donc augmenter le courant d'excitation. Entre la marche à vide et à pleine charge, le courant varie dans une fourchette de 1 à 3 environ. Cela est valable pour les alternateurs simples et double étage (à excitation statique).

Les premiers alternateurs utilisaient une dynamo pour produire le champ magnétique de l'alternateur principal. Avec l'arrivée de bons redresseurs au silicium, on a pu utiliser la tension de l'alternateur même (qui était simplement réduite à une valeur correcte pour l'inducteur grâce à un transfo).

Le fonctionnement d'une dynamo est expliqué ici: excitation shunt, série, compound, hypercompound et anticompound.

Tout comme avec les dynamos on a utilisé un système compound pour stabiliser la tension de sortie quelle que soit la charge. Ce n'est qu'à partir des années 1970 que les premiers transistors suffisamment fiables et puissants sont apparus et qu'on qu'on a commencé à les utiliser comme régulateur (le transistor typique de ces années était le 2N3055).

Une dynamo a un bobinage série (mesure du courant) et shunt (mesure de la tension) monté sur le même pôle du stator. Dans le cas d'un alternateur on utilise des transfos pour envoyer le signal "tension" et le signal "courant" à un seul bobinage inducteur.

Le transfo m1 est un trasfo d'isolement qui sert également à réduire la tension du secteur à une tension qui sera utilisée pour l'excitation.

K1 est une self qui sert à régler le compoundage. En modifiant la self-induction de la bobine, on peut modifier sa résistance, et donc le rapport courant/tension. On peut rendre l'alternateur hypercompound, compound normal ou sous-compound (voyez la page consacrée au fonctionnement de la dynamo pour plus d'explications).

m2 est un triple transfo d'intensité qui va utiliser le courant fourni par l'alternateur pour adapter la tension d'excitation.

La tension est redressée et envoyé à l'inducteur. Ce type de commande permet une stabilisation de la tension à 5%. Il y a une connection supplémentaire de prévue pour cours-circuiter l'inducteur (en cas de défaillance) ou pour connecter une alimentation externe si le magnétisme rémanent n'est pas suffissant pour amorcer l'alternateur.

Si vous avez bien regardé le schéma, vous devriez vous rendre compte qu'il manque un élément: la tension de sortie n'est pas comparée à une valeur de référence. Il ne s'agit donc pas d'une régulation, mais d'une commande. La mesure du courant permet de modifier a priori le courant d'excitation pour obtenir la tension de sortie correcte. On se base ici sur les paramètres de l'alternateur, et ce réglage ne peut servir que pour un seul alternateur. On part également du principe que le facteur de puissance est constant.

Et voici le module électronique qui y a été ajouté par après. Il a également un compoundage (tension/courant). La régulation est inverse: le champ magnétique du régulateur diminue le champ du compoundage électrique.

Système double

La référence est la diode zener n5 dont la tension est réduite avec le potentiomètre r3, le comparateur est l'ampli u1.

L'alternateur avait ainsi deux inducteurs séparés: un inducteur principal commandé en compound et une régulation éléctronique.

Pourquoi une telle complexité? Pour fournir l'excitation à un alternateur de 250kW, il faut une puissance d'excitation de 100W (alternateur double étage de type "brushless"). Les premiers transistors de puissance n'étaient pas capable de fournir une telle puissance avec une réserve dynamique suffisante.

Il pouvait tout aussi bien s'agir de stabilisation positive (le champ du stabilisateur s'ajoute au champ du compoundage) que d'une stabilisation négative où le stabilisateur réduit le champ magnétique total. Dès que l'électronique de puissance était capable de fournir un courant important, le système compound double a été éliminé (sauf certaines applications spécifiques).

Bien qu'il s'agisse d'une régulation électronique, il y a également un compoundage (influence du courant sur la tension) sur la partie électronique, voir l'exemple à droite. Cela permet de mieux distribuer la puissance réactive des générateurs lors d'un fonctionnement en parallèle.

Compoundage (en vert) et régulation shunt (en rouge)