Alternateurs (THEORIE)
Courant induit
Un champs magnétique, dit « inducteur », peut créer dans une bobine un courant dit « induit ».
La variation dans le temps (t), du champs magnétique (Φ), à proximité de la bobine, entraine l'apparition d'une tension e, dite induite, aux bornes de celui ci:
• Formule: e = - (dΦ / dt)
A cette tension induite (e) correspond un courant induit (i).
La partie mobile (rotor), qui est à l'origine d'un champs magnétique, est en mouvement à proximité de la partie fixe (stator), qui est constitué d'une bobine aux bornes de laquelle se crée la tension induite.
Cette tension induite dans le stator, est fonction de la nature du mouvement du rotor: en régime circulaire à vitesse constante, la tension est également périodique. La forme du signal (sinusoidal pur) est fonction des caractéristiques réelles des composants.
Courant inducteur
Un champs magnétique, dit « induit », peut être créé par une bobine traversée par un courant dit « inducteur ».
La valeur en un point (M), du champs magnètique (B), créé par une bobine de (N) spires de rayon (R) et parcouru par un courant d'intensité (I), est une fonction assez complexe suivant la distance (z) entre le point (M) et le centre de la bobine.
Cette fonction n'est pas linéaire et décroit assez rapidement: à une distance égale au rayon (z=R), la perte est déja de 65%.
Champs tournants
Avec 3 bobines fixes (stator) pour collecter les courants induits par la rotation d'un champs magnétique tournant (rotor), les 3 tensions induites aux bornes des 3 enroulements décalés de 120° sont identiques mais également décalées (déphasage).
Le système est triphasé, équilibré en tensions déphasées de 120°, et de fréquence (F) proportionnelle à la vitesse de rotation (N): pour une fréquence (F) de 50Hz, soit une période (T) de 0,020s, c'est une pulsation (ω=2πF) à 314rad/s soit une vitesse de rotation (N) de 3.000tr/mn.
Si l'on augmente le nombre de paires de pôles (+/-) du système aimanté en rotation (rotor), on peut réduire la vitesse de rotation:
• 1 paires de pôles: 3.000tr/mn
• 2 paires de pôles: 1.500tr/mn
• 3 paires de pôles: 1.000tr/mn
• 4 paires de pôles: 750tr/mn
Rotors
Dans la pratique, 2 modéles de rotors sont utilisés:
• pôles lisses: vitesse de rotation élévée (turbines centrales vapeur)
• pôles saillants: vitesse de rotation faibles (turbines centrales hydrauliques)
En général, le champs magnétique sera produit avec un bobinage traversé par un courant continu: c'est l'exitation. Il faut alors prévoir un système de bagues et de balais pour assurer la transmission de ce courant sur un mécanisme en rotation.
Vue éclatée
En utilisation ALTERNATEUR, une machine tournante synchrone utilisera toujours ces concepts de base:
• Rotor (inducteur): champs magnétique tournant, généralement créé par un électro-aimant, en fait une bobine à courant continu (excitation).
• Stator (induit): enroulements fixes (bobines), avec un ensemble de tôles magnétiques. Le dimensionnement en nombre de spires, section, isolants et assemblages, conduit à des caractéristiques finales différentes (tensions et intensités, puissances avec rendement, et pertes diverses).
• Rotor (inducteur): champs magnétique tournant, généralement créé par un électro-aimant, en fait une bobine à courant continu (excitation).
• Stator (induit): enroulements fixes (bobines), avec un ensemble de tôles magnétiques. Le dimensionnement en nombre de spires, section, isolants et assemblages, conduit à des caractéristiques finales différentes (tensions et intensités, puissances avec rendement, et pertes diverses).
Mécaniquement, le rotor en rotation repose sur un axe avec des paliers et des bagues avec charbons pour assurer les liaisons électriques entre parties fixes et parties mobiles.
Résumé
Les alternateurs fournissent de la puissance active et de la puissance réactive en même temps. Ils présentent un cosinus phi variable de l'inductif (0,8) au capacitif (0,9). Il ne fournissent que de la puissance réactive (déphaseur). Les caractéristiques sont fonction des exigences du gestionnaire de réseau:
• Voiture: 14V / 75A-150A
• Centrales: 1.000kVA - 250MVA (pôles saillants)
• Turbo Alternateurs: 1,5GVA (pôles lisses)
• CNPE: 900MWe, 1.300MWe, 1.450MWe