Alternateurs
Comment cela fonctionne
Générateurs

L'alternateur est la partie du générateur qui fournit le courant électrique. Les alternateurs fonctionnent tous de la même manière. Voici un tout petit apperçu de leur fonctionnement.
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Générateur universel

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Alternateurs monophasés ou triphasés

On ne trouve plus de générateur monophasé quand la puissance dépasse quelques kW. Les générateurs monophasé ont un moins bon rendement et tournent moins souplement que les générateurs triphasés.

Une des caractéristiques d'un générateur triphasé est en effet que la puissance instantanée est toujours identique: quand la puissance d'une phase diminue, elle augmente sur une autre (pour autant que la charge soit symmétrique). Le couple demandé est donc constant et l'alternateur ne produit pas de vibrations.


Alternateurs simples

L'inducteur (roue polaire ou bobine d'excitation) qui produit le champ magnétique est un rotor. On retrouve souvent le terme anglais exciter. L'inducteur produit un champ magnétique tournant. Pour produire ce champ, il faut du courant électrique, qui est apporté par deux balais qui glissent sur deux anneaux isolés. Les balais sont souvent en cuivre, car les anneaux sont très lisses, ce qui réduit l'usure. La puissance produite par l'alternateur (induit) est par exemple 50× plus grande que la puissance dissipée dans l'inducteur.

Le courant dans l'inducteur doit être continu. La rotation du bobinage (rotor) produit un champ alternatif dans l'induit. L'induit est ici un induit qui produit du triphasé. L'inducteur est toujours alimenté en continu (sauf certains cas spéciaux, voir "MADA").

Le courant est récolté sur l'induit. Ce sont des bobinages fixes (stator). L'avantage est que le courant ne doit pas être capté par des balais du rotor comme dans le cas d'une dynamo. Les balais qui encaissent un très fort courant chauffent, s'usent et doivent régulièrement être remplacés.

L'alternateur dans une voiture est un générateur complet, qui contient également le régulateur (qui produit le courant d'excitation). Le courant alternatif triphasé est redressé dans le générateur même par un pont de diodes. Un petit ventilateur produit un courant d'air qui évacue la chaleur. Ces alternateurs sont plus fiables que les dynamos qu'ils remplacent.

Dans certaines applications on utilise un rotor avec des aimants permanents, ce qui permet d'éliminer la bobine d'excitation. Ce type de générateur est utilisé avec un convertisseur, car la tension en sortie ne peut pas être stabilisée par modification du courant d'excitation. On utilise souvent des aimants permanents dans les éoliennes de petite et moyenne taille, car elles nécessitent de toute façon un convertisseur pour adapter la fréquence variable de la génératrice à la fréquence fixe du réseau.

On voit sur la photo à gauche les deux balais fixes qui glissent sur les anneaux montés sur le rotor. Ces contacts apportent la tension continue au bobinage du rotor.

L'alternateur double est décrit plus en détails ici. On utilise un alternateur à deux étages à partir d'une puissance de 10kW environ. Cette page contient également des photos, dex exploded views et des schémas.

L'alternateur double étage ne nécessite plus de balais et est également appellé alternateur "brushless". L'alternateur d'excitation (A) est un alternateur inverse, avec le stator qui contient la bobine d'excitation et le rotor qui produit le courant.

Le courant est redressé par un pont de diodes et alimente la roue polaire du second étage qui est un alternateur classique (B).


La partie consacrée aux
enroulements répartis
se trouve sur une nouvelle page.


Réglage du courant d'excitation

Le réglage du courant d'excitation qui se fait par un module électronique est décrit sur une page séparée.

Dans une installation simple (fonctionnement en ilot), le courant d'excitation détermine la tension fournie par l'alternateur. La puissance fournie est déterminée par ce que consomme les utilisateurs.

Dans un fonctionnement en réseau, le courant d'excitation détermine le facteur de puissance de l'alternateur. La puissance fournie (répartition de la puissance) est déterminée par la quantité de carburant.



Coupe d'un alternateur à pôles saillants

Pôles lisses ou
pôles saillants

Un alternateur peut avoir un rotor (roue polaire) à pôles lisses pour les vitesses de 1500 et 3000 tours (2 paires de pôles). Ce sont généralement des alternateurs de forme alongée (alternateurs de turbine à vapeur). Pour éviter que le rotor ne s'affaise sous son propre poids quand l'alternateur est à l'arrêt, il doit régulièrement être viré (tourné d'environ 90°).

Les alternateurs pour basses vitesses ont des pôles saillants. Le nombre de paires de pôles va de 2 à plus de 100 et permet une vitesse de synchronisme de par exemple 60 tours/minutes pour 50 paires de pôles, par exemple pour l'alternateur d'une très grosse centrale hydro-électrique. Ce sont des alternateurs trappus pour permettre de loger les bobinages.

Les pôles lisses permettent de réduire la friction de l'air tandis que les pôle saillants peuvent produire un champ magnétique plus intense.

Le nombre de pôles au stator doit correspondre au nombre de pôles au rotor (multiplié par 1.5 en cas d'alternateur triphasé)..

L'alternateur à gauche a une roue polaire à pôles saillants. Il est utilisé pour les basses puissances.

Le branchement d'un générateur est décrit ici.

Certains composants techniques sont décrits ici (amortisseur Leblanc, synchroscope,...).

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