Bois du Cazier
Les machines électriques
Cazier
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Musée de l'industrie


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Le Bois du Cazier comporte une partie musée de l'industrie (accessible avec un ticket unique pour tout le site). Dans cette partie, on retrouve de nombreuses machines électriques: moteurs, alternateurs et dynamos. Il y a égelement un alternateur dans la salle des machines (centrale électrique et salle des compresseurs) et un moteur dans le batiment d'extraction.

Nous vous recommandons de consulter la partie consacrée à l'électricité pour les différences entre une dynamo, un alternateur,... Ici on va directement dans le vif du sujet.

La révolution industrielle commence vraiment avec la machine à vapeur qui permet de mouvoir des machines pour produire plus rapidement. L'électricité donne un coup d'accélérateur à la révolution car elle permet de distribuer l'énergie mécanique à tout l'atelier. De plus, l'électricité permet d'aclairer les ateliers bien mieux que les lampes à gaz de l'époque.

Photo 1:
La première photo nous montre une centrale électrique typique d'avant la seconde guerre mondiale (partie générateurs). Il y a plusieurs machines à vapeur qui actionnent des alternateurs. L'alternateur se trouve en fait sur le volant d'inertie, le rotor étant l'inducteur et le stator placé autour du volant d'inertie l'induit qui produit le courant. Une machine à vapeut tournant relativement lentement, l'alternateur a de nombreux pôles pour arriver à produire du 50Hz.

A l'avant-plan on voit une turbine, qui finira par remplacer les machines à vapeur classiques. La turbine permet un rendement plus élevé, est plus compacte et demande moins d'entretien. Les turbines sont couplées directement à l'alternateur.

Mais revenons d'abord un peu en arrière avec la dynamo, utilisée avant l'alternateur.

Photos 2 à 5:
Machine à vapeur qui alimente une dynamo. Il s'agit d'une machine à double détente, utilisée quand une forte poussée est nécessaire. La machine à vapeur est idéale quand elle est accouplée à une dynamo, car la dynamo n'aime pas les rotations trop rapides, ici elle tourne à 140 tours/minute et produit un courant de 761A sous 230V, donc une puissance de 175kW, ce qui est pas mal.. La machine du musée Stoom en stroom à Izegem a une dynamo qui produit 575kW.

Comme le courant à fournir est très élevé, la dynamo a un collecteur très large avec de nombreux charbons. La machine a 10 pôles et les charbons des pôles positifs et négatifs sont branchés en parallèle.

De l'autre coté, on voit l'inducteur (stator). Il s'agit d'une dynamo coumpound (comme la plupart des dynamos), ce qui permet de stabiliser la tension, la rendant indépendante des variations de charge. Chaque pôle a donc deux bobinages; un alimenté en parallèle avec des fils fins et un alimenté en série avec des fils très épais. Tout le courant fourni aux utilisateurs passe par le bobinage série.

Pour compenser la réaction d'induit, il faut des bobinages supplémentaires intercallés entre les pôles principaux. Les enroulement de compensation sont alimentés en série avec la charge et corrigent la position de la ligne neutre selon la charge.

Photos 6 à 8:
Quand on a besoin de courant alternatif, on utilise un alternateur, comme montré sur la première photo. Ici on voit successivement les deux moitiés du stator (avec une partie qui contient encore quelques bobinages) et le rotor qui contient l'induit sur sa partie extérieure. En comptant le nombre de pôles, on peut déterminer la vitesse de rotation de la machine à vapeur. L'accouplement est direct, ce qui réduit les pertes.

Les restants se trouvent dans le parc qui fait partie du terrain du musée. Sur wikipédia (Bois du Cazier) il est indiqué erronément qu'il s'agit d'un "rotor de moteur de compresseur".

Des appareils de mesure utilisés dans une centrale électrique pour connecter deux réseaux. Ils vont toujours par deux: l'un est connecté au réseau et le second est connecté au générateur qu'on veut synchroniser et puis connecter au réseau. Il y a deux fréquencemètres, deux voltmètres, un synchroscope et un voltmètre indiquant précisément la différence de tension entre les deux systèmes.

Photos ci-dessus:
Mais au lieu d'utiliser un accouplement direct, il est possible de coupler la machine à vapeur à l'alternateur avec une bande. Il est alors possible d'utiliser un alternateur de taille plus normale. La machine à vapeur est ici aussi à double détente.

L'alternateur est pourvu d'une excitatrice séparée, montée sur le même axe. Comme l'inducteur a basoin de continu, il s'agit d'une dynamo. Le courant est prévelé de la dynamo par les charbons et envoyé au rotor de l'alternateur par des contacts glissants sur des bagues. Il s'agit d'une construction tout à fait typique pour un alternateur de l'entre deux guerres.

Cet alternateur se trouve dans l'ancienne centrale électrique (et n'a donc probablement jamais été déplacé), tandis que les autres moteurs et générateurs se trouvent au musée de l'industrie.

Un autre alternateur où on voit très bien l'excitatrice séparée avec son collecteur et ses balais, et un interrupteur pour enclencher le champ magnétique de l'alternateur principal. L'alternateur a un tableau de connection permettant de choisir la tension de sortie selon le cablage: étoile ou triangle et parallèle ou série: l'alternateur a 6 bobinages, donc 12 fils (comme un alternateur mobile moderne). Les autres connecteurs forment la sortie: les 3 phases et le neutre.

Au lieu de la dynamo on utilise maintenant un petit alternateur (avec un pont de diodes rotatif) comme excitatrice, ce qui permet d'éliminer à la fois les balais et les bagues (brushless alternator).

Photos 9 à 11:
Un moteur à courant continu ressemble fort à une dynamo, et en effet, une dynamo qui reçoit du courant se met à tourner comme un moteur, et inversément. Par contre il y a quelques différences techniques.

Quand le moteur est conçu pour travailler à charge constante, il n'est pas nécessaire de prévoir de pôles de compensation. Le moteur est équipé d'un système permettant de caler les balais sur la ligne neutre, une manette sur les premières photos, un volant à tourner sur la seconde.

Pour caler les balais, on recherche la position produisant le moins d'étincelles pour la charge donnée. Attention, quand le moteur tourne à vide il peut produire beaucoup d'étincelles, ce qui peut rapidement détruire les balais et les lames du collecteur.

L'excitation du moteur est généralement en série ce qui donne au moteur un fort couple au démarrage.

En comparaison, un moteur à courant alternatif n'a pas besoin de collecteur ni de balais et peut donc être plus compact pour une puissance donnée. Mais cela demandera des années avant que les ateliers ne passeront du continu à l'alternatif.

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