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

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.

Les petites éoliennes domestiques (puissance de 500W à 2kW) ont également 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.

Ce petit moteur est l'équivalent des grands moteurs synchrones (qui eux ne sont pas utilisé en mode pas-à-pas à cause de leur inertie).

Une version un peu similaire de ce moteur est montré à droite. Il s'agit d'un alternateur à aimant permanent mobile. 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).

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 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 (halogène 12V ou leds), 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 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.

Adaptation de l'alternateur pour utilisation avec éolienne ou moulin à eau

Le courant d'excitation d'un alternateur de voiture est déterminé uniquement par la tension de sortie. Il est maximal jusqu'à ce que la tension limite est atteinte (14.4V). Le courant fourni par l'alternateur est limité de façon naturelle par la fabrication de l'alternateur (roue polaire qui entre en saturation et self-induction élevée du stator qui limite le courant aux vitesses élevées).

Le transfert de puissance est maximal quand le couple résistif augmente avec la vitesse du vent. L'alternateur de voiture est conçu pour travailler à partir d'un certain régime moteur, or le vent dans une éolienne peut être très variable. Quand il y a peu de vent, il n'est pas possible de faire tourner l'alternateur à la vitesse minimale pour qu'il débite. En fait, le courant nécessaire pour l'excitation est plus important que le courant produit par l'alternateur: la batterie se décharge. De plus le courant d'excitation maximal bloque l'éolienne en position et l'empèche de se mettre à tourner.

Il faut réduire le courant d'excitation à une valeur nulle quand l'éolienne ne tourne pas, et augmenter le courant d'excitation avec la vitesse de l'éolienne. L'éolienne agit ainsi comme frein moteur et limite la vitesse de rotation. Quand la tension atteint la limite supérieure, il faut dissiper cette puissance (par exemple dans un réseau de résistances) et non diminuer le courant d'excitation, l'éolienne pourrait s'emballer.

Le courant d'excitation peut être fourni par un hacheur et une diode en roue libre: la self-induction importante de la roue polaire linéarise le courant d'excitation.


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 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 fait pour ce genre de travail et dispose d'un régulateur intégré.

Générateur asynchrone B
Nous avons ici des générateurs mono- et triphasés (basse et moyenne puissance) basés sur un moteur à cage d'écureuil.
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 est également utilisé dans les éoliennes où le courant de fréquence variable produit par le générateur est redressé et puis transformé à nouveau en alternatif.

TypeVitesse typiquePuissanceCaractéristiques
Moteur pas-à-pas1000 - 10000< 100WTrès simple, nécessite au moins deux redresseurs
Petites applications personelles. Il existe également des générateurs basés sur ce principe (alternateur avec aimants permanents).
Alternateur de voiture3000 - 15000< 2.2kWTrès souple avec batteries (et onduleur)
Idéal si aidé par un panneau solaire.
Moteur universel3000 - 15000< 2.2kWMoteur de récupération, pas de stabilisation
Fonctionnement en dynamo, mais sans régulation
Générateur asynchrone1550 - 20001 - 15kWConstruction simple, stabilisation limitée
Utilisé dans les centrales hydro-électriques et certaines éoliennes en mer (vents constants)
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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