Electricité
Tous les types de générateurs
Groupes électrogènes

Nous passons en revue tous les types de générateurs. La plupart de ces alternateurs peuvent également fonctionner en moteur.
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Liste des générateurs

La liste contient tous les générateurs qui permettent de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique. Tous les générateurs (sauf un) sont de type asynchrone, c'est à dire que la vitesse de rotation ne doit pas être synchronisée avec le réseau, soit parce qu'il produisent du continu (A), soit parce qu'ils permettent un glissement (B). Les générateurs asynchrones à courant alternatif (B) sont décrits ici.

Le fonctionnement en îlot (micro-réseau indépendant du réseau de distribution) est décrit ici.

Moteur pas à pas A
Le moteur pas à pas (stepper motor) composé d'aimants permanents peut être utilisé comme générateur (attention, ce n'est pas le cas avec les moteurs à réluctance variable).

Le moteur n'est pas conçu pour cette application et le rendement est faible. La tension n'est pas stabilisée et dépend de la vitesse de rotation. Les pôles saillants (s'il y en a) produisent un freinage.

Le type de moteur est soit bipolaire (deux bobinages simples), soit unipolaire (deux bobinages avec prise médiane). Il ne faut pas brancher les bobinages en parallèle pour récolter le courant, mais le redresser par bobinage et puis seulement les mettre en parallèle. Les bobinages produisent en effet un courant déphasé.

Ce moteur existe également en version triphasée quand un movement souple (sans à-coups) est requis, c'était par exemple le cas pour les moteurs de magnétoscopes (voir photo à droite), où la commande du moteur était effectuée par un courant presque sinusoidal. Ce moteur fonctionne très bien en alternateur. Il faut ici un redresseur triphasé.

Une version un peu similaire de ce moteur est montré à droite. Il s'agit d'un alternateur à aimant permanent mobile (magnéto). Le courant fourni est alternatif, ne vous faites pas avoir par la couleur des fils. Ce générateur ne fonctionne pas en moteur (il n'y a pas de champs tournant). La dynamo de vélo est également à classer dans ce groupe, mais est concu pour fournir une puissance limitée pour éviter de griller les ampoules.

Cet alternateur miniature est utilisé comme source de courant dans les petites lampes torches à leds. L'énergie est accumulée dans un accu au lithium LIR2035 qui a la même forme qu'une pile au lithium mais peut être rechargée. La capacité de l'accu est moindre que celle d'une pile au même format (70mAh au mieux au lieu de 200mAh).

L'accu n'a pas tenu le coup très longtemps car il n'y a aucun circuit de régulation. Cela ne pose pas trop à conséquence si l'accu est déchargé trop fort (le courant dans les leds tombe à zéro quand la tension chute en dessous de 2.8V), mais il est possible de surcharger l'accu qui se met à fuir. Il y avait des traces d'électrolyte dans la lampe torche.

Alternateur à aimants permanents A
C'est la version un peu plus puissante du moteur pas-à-pas utilisé comme générateur. Les petites éoliennes domestiques (puissance de 500W environ) ont un alternateur avec sortie en triphasé. La fréquence et la tension augmentent avec la vitesse de rotation et un onduleur est nécessaire pour la connection au réseau (même principe que l'onduleur des panneaux solaires).

Ce type de générateur monté sur une petite éolienne peut fournir une puissance limitée, par exemple pour un système d'alarme, un éclairage de secours dans une maison isolée. Le générateur sera utilisé avec une batterie tampon de type approprié.

Certaines éoliennes industrielles ont un alternateur à aimants permanents. Le courant est redressé, envoyé à un onduleur et puis injecté sur le réseau de distribution.

Alternateur de voiture A
Il s'agit d'une solution qui a de nombreux avantages pour les petites et moyennes puissances.
Un alternateur de voiture produit une tension alternative qui est redressée et stabilisée. La tension peut être utilisée telle quelle pour l'éclairage (leds 12V), mais peut également être envoyé à un onduleur pour en faire de l'alternatif 240V. L'onduleur a besoin d'un tampon pour fonctionner correctement et nécessite donc une batterie.

On utilisera un alternateur 12V pour les petites puissances (jusqu'à 750W) et un alternateur de camion (24V) pour les puissances plus élevées. Un alternateur peut travailler sur une gamme de vitesses très élevées (par exemple de 1000 à 7000 tours) et est donc idéal dans certaines applications (petites éoliennes et moulins à eau).

Ce type de production d'éléctricité peut facilement être combiné à des pannaux solaires qui eux aussi fournissent du continu, et dont la production est un peu déphasée dans le temps.

L'utilisation de batteries de stockage rend le système très souple. Il y a toujours de la basse tension présente pour les petits consommateurs et il est possible d'enclencher l'onduleur pendant quelques heures par jour. On peut alimenter toute une maison sans avoir besoin du réseau. Si on n'utilise pas de batteries, il faut utiliser quelques gros condensateurs (10.000µF/25V) pour permettre au régulateur intégré de fonctionner. Les gros condensateurs remplacent en fait la batterie.


1000A par phase, c'est pas mal
(820A nominal, 550kVA, 500kW)

Moteur universel A
Un moteur universel peut être utilisé en génératrice. Il se comporte alors comme une dynamo à excitation série et fournit du courant continu avec une forte ondulation. Ce courant peut servir à charger des batteries, mais il faut alors une diode pour éviter que la dynamo ne fonctionne en moteur. La tension fournie est d'environ 50% de la tension nominale et dépend fortement de la vitesse de rotation. Il vaut mieux utiliser un alternateur de voiture ou de camion qui est mieux adapté.

Générateur asynchrone B
Nous avons ici des générateurs mono- et triphasés (basse et moyenne puissance) basés sur un moteur à cage d'écureuil (machine asynchrone).

Les générateurs peuvent être utilisés en mode isolé ou connecté au réseau. La régulation est peu précise. En mode isolé il faut que la charge soit résistive ou parfaitement compensée en temps réel pour avoir une tension d'alimentation suffisamment stable.

La vitesse de rotation peut varier dans une plage limitée. Le glissement autorisé dépend du type de moteur et peut aller jusqu'à 30%. Pour un moteur asynchrone qui tourne à 1450 tours/minute la plage autorisée est de 1550 - 2000 tours/minute. Un générateur asynchrone est l'idéal pour les petites centrales hydro-électriques.

Le générateur asynchrone nécessite un couplage fort au réseau de distribution: lors de l'enclenchement, le réseau doit en effet fournir un pic de puissance réactive pour magnétiser la machine.

Machines asynchrones synchronisées B
Il s'agit d'un alternateur en rotation asynchrone qui est synchronisé par la commande électronique. Ce générateur est basé sur le moteur à rotor bobiné, mais utilisé différemment.

Ces générateurs sont principalement utilisés couplés au réseau. Il est possible de laisser varier la vitesse de rotation (par exemple 750 - 3000 tours): ces générateurs sont principalement utilisés dans les éoliennes industrielles.

C'est le nec le plus ultra en ce qui concerne des générateurs. l'électronique permet même de faire varier la vitesse de rotation d'une éolienne: on peut ainsi la faire tourner moins vite la nuit pour produire moins de bruit (avec un rendement légèrement moindre). Plus la puissance à fournir est élevée et plus ce type de générateur devient interessant.

Générateur synchone
C'est le type de générateur le plus courant. Il s'agit des alternateurs classiques qui doivent fonctionner en synchronisme parfait avec le réseau.
L'alternateur peut fonctionner connecté au réseau ou en mode isolé. Le fonctionnement est très stable et le rendement est très élevé. La plupart des alternateurs sont équipés d'un boitier de régulation. La vitesse de rotation peut légèrement varier en mode de fonctionnement en îlot.

La vitesse de rotation est fixe et on utilisera un générateur travaillant à vitesse constante (moteur diésel). Il existe des alternateurs pour toutes les puissances, des petits générateurs diésel plus ou moins portables aux grands alternateurs des centrales nucléaires.

Générateur à onduleur A∿
Il existe une classe d'alternateurs à moteur synchrone qui fonctionnent de manière asynchrone. Il s'agit de petits générateurs portatifs dont le courant fourni est redressé puis envoyé à un onduleur. Pour fabriquer le générateur meilleur marché, le champ magnétique est souvent produit par des aimants, l'électronique se chargeant de stabiliser la tension en sortie.

L'avantage est que le moteur thermique peut tourner moins vite (consommation plus faible) quand la consommation est moindre. On gagne également en poids car le moteur thermique peut tourner plus vite quand la demande de puissance est plus élevée.

Ce générateur utilise un moteur à essence qui produit une puissance plus élevé à vitesse élevée et consomme moins à basse vitesse. Les moteurs diesel peuvent être construits pour avoir une puissance maximale à une vitesse donnée et la consommation dépend principalement de la puissance débitée.

Le générateur à onduleur (machine synchrone) dans les éoliennes individuelles et industrielles. Il s'agit d'un alternateur classique, mais dont la tension est redressée et envoyée à un onduleur. L'alternateur ne doit ainsi pas tourner en synchronisme avec le réseau.

Plusieurs types de générateurs utilisent de aimants permanents pour produire le champ magnétique tournant (au lieu d'une roue polaire). Le générateur à aimants permanents (qui peut également être utilisé comme moteur) est décrit ici.

TypeVitesse typiquePuissanceCaractéristiques
Moteur pas-à-pas1000 - 10000< 100WTrès simple, nécessite au moins deux redresseurs
Destiné aux très petites applications personelles (hobby).
 
Alternateur de voiture3000 - 15000< 2.2kWTrès souple avec batteries (et onduleur)
Idéal si aidé par un panneau solaire.
Nécessite la modification du régulateur.
Maisonettes isolées, petites applications induviduelles
 
Moteur universel3000 - 15000< 2.2kWMoteur de récupération, pas de stabilisation
Fonctionnement en dynamo, mais sans régulation
Très simple, mais nécessite une diode si utilisé avec une batterie tampon
Mauvais rendement
 
Générateur asynchrone1550 - 20001 - 15kWConstruction simple, stabilisation limitée
Utilisé dans les centrales hydro-électriques et certaines éoliennes en mer (vents constants), la puissance est alors plus élevée qu'avec un moteur de récupération
 
Alternateur1500> 1kWVendus avec boitier de régulation, très stable et fiable
Nécessite une vitesse de rotation en synchronisme avec le réseau
 
Générateur asynchrone synchonisé (MADA)750 - 300010 - 300kWEoliennes industrielles de grande puissance
 
Générateur à onduleur1000 - 5000< 2.2kWGénérateur ménager portable
Egalement utilisé pour les moyennes puissances (éoliennes)

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