Comment Fonctionne Un Generateur De Courant

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Un générateur électrique est un dispositif permettant de produire de 50'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie. Par opposition, un appareil qui consomme de l'énergie électrique s'appelle united nations récepteur électrique.

Modélisation [modifier | modifier le code]

Un générateur réel peut se modéliser de deux manières différentes :

un générateur idéal de tension avec une résistance en série ;
un générateur idéal de courant avec une résistance montée en parallèle.

Générateur idéal de tension [modifier | modifier le lawmaking]

Symbole d'united nations générateur idéal de tension dans united nations circuit.

Le générateur idéal de tension est un modèle théorique. C'est un dipôle capable d'imposer une tension constante quelle que soit la charge reliée à ses bornes. Il est également appelé source de tension.

En circuit ouvert, la tension qui existe à ses bornes lorsqu'il ne débite aucun courant est la tension à vide. Le générateur de tension est donc united nations dipôle virtuel dont la tension à ses bornes est toujours égale à la tension à vide quelle que soit la valeur du courant débité.

Le générateur de tension ne peut être qu'un modèle théorique, automobile mis en court-excursion, il devrait délivrer un courant infini et donc fournir une puissance également infinie ce qui est irréalisable.

Un grand nombre de générateurs peuvent être modélisés par fifty'association d'un générateur idéal de tension et d'une résistance en série qui provoque une chute de tension aux bornes de l'ensemble lorsque le courant débité augmente. Un tel modèle s'appelle modèle de Thévenin d'un générateur réel.

Il est impossible de placer en parallèle deux générateurs de tension de valeurs différentes, c'est pourquoi :
- il est fortement déconseillé de mettre en parallèle une pile usagée et une pile neuve^[a] ;
- un conducteur parfait de résistance nulle peut être modélisé par united nations générateur de tension nulle. Courtroom-circuiter un dipôle par un conducteur parfait revient à imposer à ses bornes une tension nulle. C'est pourquoi il ne faut jamais court-circuiter un générateur de tension : cela revient à imposer simultanément deux tensions différentes.

Un condensateur est un générateur de tension au sens transitoire : il interdit toute discontinuité de la tension à ses bornes :
- lorsqu'on court-circuite un condensateur chargé, le transitoire de courant peut être très violent ;
- lorsqu'united nations condensateur initialement déchargé est relié en parallèle avec le secteur, la tension de ce dernier est quelconque au moment de la connexion. Il est donc possible qu'elle soit très différente de zéro ; dans ce cas le transitoire de courant est alors très violent et peut produire une étincelle au niveau de l'interrupteur. Ce phénomène est parfois constaté lorsqu'on relie une alimentation à découpage au secteur d'alimentation.

Générateur idéal de courant [modifier | modifier le lawmaking]

Symbole d'un générateur idéal de courant dans un circuit

Cascade le générateur idéal de courant, le courant produit est abiding, quelle que soit la tension demandée et la charge à alimenter. Il est également appelé source de courant.

C'est également un modèle théorique machine l'ouverture d'un circuit comportant un générateur de courant non nul devrait conduire à fournir une tension infinie. Il est incommunicable de placer en série deux générateurs de courant de valeurs différentes car, cela revient à imposer deux courants différents dans united nations même fil^[1].

Les générateurs réels peuvent être simplement modélisés par fifty'association d'united nations générateur idéal de courant et d'une résistance branchée en parallèle. United nations tel modèle s'appelle modèle de Norton.

United nations dipôle inductif est un générateur de courant au sens transitoire qui s'oppose à toute variation de l'intensité du courant qui le traverse. Lors de 50'ouverture d'united nations circuit comportant un dipôle inductif traversé par un courant non nul une haute tension peut apparaître pouvant créer united nations arc électrique au niveau de l'interrupteur (cet arc peut être atténué par un condensateur), comme cela se passe au niveau du rupteur dans les anciens circuits d'allumage des automobiles à essence.

Machine tournante [modifier | modifier le lawmaking]

La très grande majorité des générateurs électriques sont des machines tournantes, c'est-à-dire des systèmes ayant une partie fixe, et une partie mobile tournant dans (ou autour de) la partie fixe. Cependant, la variété de machines tournantes créées au cours des siècles implique des différences importantes dans les différentes technologies et techniques utilisées pour produire le courant, d'une function, et dans les systèmes 'annexes' (onduleurs, électronique de puissance,etc.) éventuellement nécessaires pour leur bon fonctionnement.

Générateur électrostatique [modifier | modifier le code]

Le générateur électrostatique n'est pas une machine tournante bien qu'elle fasse appel à la rotation d'un disque frottant sur les balais. Cependant ce concept est à l'origine de la conception des machines tournantes.

La machine électrostatique fait appel aux lois de l'électrostatique à la différence des machines dites électromagnétiques. Bien que des moteurs électrostatiques aient été imaginés (ils fonctionnent sur le principe de la réciprocité des générateurs électrostatiques)^[2], ils north'ont pas european union de succès (mais les nanotechnologies pourraient proposer de tels « nanomoteurs » électrostatiques) ; en revanche, en tant que générateurs de très haute tension, les machines électrostatiques connaissent leur principale application dans le domaine des accélérateurs d'ions ou d'électrons. Elles transforment l'énergie mécanique en énergie électrique dont les caractéristiques sont la très haute tension continue et le microampérage. La puissance des machines du XVIII ^eastward siècle et du XIX ^e siècle était en effet infime (quelques watts) et les frottements mécaniques ne leur laissaient qu'un très mauvais rendement. La raison en est que la densité maximale d'énergie du champ électrique dans l'air est très faible. Les machines électrostatiques ne peuvent être utilisables (de manière industrielle) que si elles fonctionnent dans un milieu où la densité d'énergie du gnaw électrique est assez élevée, c'est-à-dire pratiquement dans un gaz comprimé, qui est généralement l'hydrogène ou l'hexafluorure de soufre (SF_half-dozen), sous des pressions comprises entre 10 et xxx atmosphères ^[3].

Dynamo [modifier | modifier le code]

Une génératrice de courant continu appelée populairement « dynamo », est, comme beaucoup de générateurs électriques, une motorcar tournante. Elle fut inventée en 1861 par le Hongrois Ányos Jedlik et améliorée en 1871 par le Belge Zénobe Gramme.

Cette machine étant réversible, elle peut fonctionner aussi bien en génératrice qu'en moteur^[b]. Elle devient facilement un moteur électrique, ce qui implique que, lors de son arrêt, la dynamo doit être déconnectée de sa charge si celle-ci peut lui fournir un courant en retour : batterie d'accumulateurs, autre dynamo. Cette caractéristique a été utilisée dans les petites automobiles des années 1970. Un système de relais y connectait la batterie pour fournir un courant à la dynastar qui faisait démarrer le moteur à combustion interne et passait automatiquement en dynamo lorsque celui-ci atteignait un certain régime.

Alternateur [modifier | modifier le lawmaking]

Générateur électrique de 1920

La découverte en 1832^[4] par Faraday des phénomènes d'induction électromagnétique lui permet d'envisager de produire des tensions et des courants électriques alternatifs à l'aide d'aimants. Pixii, sur les indications d'Ampère, construit la même année une première auto qui sera perfectionnée ensuite (1833 - 1834) par Sexton et Clarke^[iv]. Un alternateur est une machine rotative qui convertit l'énergie mécanique fournie au rotor en énergie électrique à courant alternatif.

Plus de 95 % de 50'énergie électrique est produite par des alternateurs : machines électromécaniques fournissant des tensions alternatives de fréquence proportionnelle à leur vitesse de rotation. Ces machines sont moins coûteuses et ont un meilleur rendement que les dynamos, machines qui délivrent des tensions continues (rendement de l'ordre de 95 % au lieu de 85 %).

Principe de l'alternateur [modifier | modifier le lawmaking]

Cette machine est constituée d'un rotor (partie tournante) et d'un stator (partie fixe).

Le rotor: l'inducteur peut être constitué d'un aimant permanent (générant donc united nations champ constant), dans ce cas la tension délivrée par la machine n'est pas réglable (si on ne tient pas compte des pertes dans les conducteurs) et sa valeur efficace et sa fréquence varient avec la vitesse de rotation. Plus couramment un électroaimant assure l'induction. Ce bobinage est alimenté en courant continu, soit à l'adjutant d'un collecteur à bague rotatif (une double bague avec balais) amenant une source extérieure, soit par un excitateur à diodes tournantes et sans balais. Un système de régulation permet l'ajustement de la tension ou de la phase^[5] ^, ^[c]du courant produit.
Le stator: fifty'induit, est constitué d'enroulements qui vont être le siège de courant électrique alternatif induit par la variation du flux du gnaw magnétique due au mouvement relatif de fifty'inducteur par rapport à 50'induit.

Différents types d'alternateurs [modifier | modifier le code]

Alternateurs industriels [modifier | modifier le code]

Dans les alternateurs industriels, l'induit est constitué de trois enroulements disposés à 360°/3p (p : nombre de paires de pôles) soit 120°/1p pour une paire de pôles et trois enroulements, qui fournissent united nations système de courants alternatifs triphasés.

Augmenter le nombre de paire de pôle permet de faire baisser la vitesse de rotation de la machine. La fréquence du réseau étant de 50Hz (50 cycles par seconde, soit three 000 cycles par minute), les machines synchrones doivent suivre ce rythme pour alimenter le réseau. Augmenter le nombre de pôle permet de réaliser plus de cycles pour un seul tour et comme la fréquence est fixe, on doit ralentir la vitesse de rotation cascade respecter les iii 000 cycles à la minute (en 50Hz).

Dans les centrales électriques thermiques (nucléaires ou classiques), une turbine à vapeur ou une turbine à gaz tournant à grande vitesse est couplée à un turboalternateur. Ce type de générateur tourne généralement à 1 500tours/min (rotor à quatre pôles) ou à iii 000tours/min (rotor à deux pôles), pour les réseaux de distribution à 50Hz. La puissance électrique fournie par un des turboalternateurs d'une centrale nucléaire peut atteindre 1 800mégawatts ^{[half dozen]}.
Les centrales hydrauliques, dont les turbines tournent plus lentement, ont des rotors comportant united nations nombre important de pôles (14 à 16 pôles). L'axe de rotation de 50'arbre peut être vertical ou horizontal et le diamètre de cet arbre est important.
Les gros groupes électrogènes utilisent généralement un moteur Diesel lent. Dans ce cas, le rotor de l'alternateur ressemble beaucoup à celui d'united nations alternateur hydraulique, avec united nations nombre élevé de pôles, united nations grand diamètre et un k moment d'inertie absorbant les variations de vitesse de rotation de fifty'arbre du moteur Diesel.

Alternateurs domestiques [modifier | modifier le lawmaking]

United nations alternateur de blazon « embarqué » (vue éclatée).

Dans les alternateurs domestiques (groupe électrogène monophasé), 50'induit est constitué d'un seul enroulement.

Alternateurs embarqués [modifier | modifier le lawmaking]

Les alternateurs embarqués, entre autres sur les véhicules automobiles, sont des alternateurs triphasés munis d'un système de redressement (à diodes), qui délivrent united nations courant continu sous une tension d'environ xivFive pour les voitures et 285 cascade les camions, fournissant l'énergie électrique du véhicule et rechargeant sa batterie visant à fournir fifty'énergie lorsque le moteur sera à l'arrêt. L'alternateur doit être associé à united nations régulateur de tension protégeant la batterie d'une surcharge. Les mal nommées « dynamos » de bicyclettes sont elles aussi des alternateurs, dont fifty'inducteur est constitué d´un ou plusieurs aimants permanents.

Éolienne [modifier | modifier le code]

Dans certains cas, par exemple sur certaines éoliennes, le rotor est externe et le stator, fixe, est disposé au centre de la génératrice. Les pales de l'éolienne sont directement reliées au rotor. Fifty'éolienne est united nations alternateur.

Génératrice asynchrone [modifier | modifier le code]

Les machines asynchrones en fonctionnement hypersynchrone (fréquence de rotation supérieure à la fréquence de synchronisme) fournissent également de l'énergie au réseau électrique auquel elles sont connectées. Elles ont le désavantage de ne pas pouvoir réguler la tension^{[réf. nécessaire]}, à la différence des machines synchrones qui peuvent assurer la stabilité des réseaux électriques. Cependant elles sont de plus en plus utilisées en génératrices de petites, et moyennes, puissances comme sur les éoliennes^[7] et les micro-barrages grâce au progrès récent de l'électronique de puissance. Une des applications est la auto asynchrone à double alimentation.

Générateur non tournant [modifier | modifier le lawmaking]

Il existe des générateurs électriques ne nécessitant pas de machine tournante, tels que :

générateur électrochimique :Les accumulateurs électrochimiques sont des générateurs de tension proceed, éventuellement rechargeables, utilisés dans les applications électrotechniques et électroniques portatives. Une pile électrique ou une batterie machine sont de bons exemples d'accumulateurs électrochimiques ;
générateur photovoltaïque :Les panneaux solaires utilisent 50'énergie solaire pour produire de l'électricité. Ils sont souvent adossés à des onduleurs solaires afin de transformer le courant continu, des panneaux, en courant alternatif du réseau électrique ;
générateur utilisant la radioactivité :Le générateur thermoélectrique à radioisotope utilize la chaleur dégagée par la radioactivité (désintégration de particules radioactives) d'un isotope cascade la transformer en électricité. Ce type de générateur est principalement utilisé pour des applications spatiales (pour alimenter en électricité un satellite ou une sonde spatiale par exemple).

Générateur en développement [modifier | modifier le lawmaking]

D'autres technologies de générateurs sont en développement sans avoir encore d'application industrielle à grande échelle :

générateur utilisant la radioactivité : Le générateur bêtavoltaïque est un image utilisant la désintégration de particules radioactives. La différence avec les générateurs conventionnels nucléaires ou à isotope est qu'ils n'utilisent pas la chaleur générée, mais directement les électrons émis par la désintégration de la particule ;
générateur utilisant l'énergie marine : Des expérimentations sont en cours cascade concevoir et valider industriellement des générateurs utilisant l'énergie marine ;
générateur thermomagnétique destiné à la récupération de la chaleur :Ces générateurs utilisent la convection thermomagnétique(en), c'est-à-dire la variation d'aimantation en fonction de la température. On réalise ainsi des cycles thermodynamiques pour convertir la variation de température en variation d'aimantation. Cette variation est ensuite convertie en énergie mécanique et enfin en énergie électrique^[viii] ^, ^[ix] ^, ^[10].

Notes et références [modifier | modifier le code]

Notes [modifier | modifier le code]

↑ Les tensions étant différentes, la pile neuve débitera à travers la pile usagée jusqu'au moment où la tension des deux piles sera identique. Toutes les piles ne supportant ce type de accuse, le risque de surchauffe est important.
↑ Voir l'commodity Machine à courant continu.
↑ Un alternateur à rotor bobiné permet dans une certaine plage de fonctionnement le contrôle de P et Q, et donc de la phase.

Références [modifier | modifier le code]

↑ Simon Sellem, «Règles d`association des sources dans les convertisseurs statiques », sur studylibfr.com
↑ (de) Bollee B., Elektrostatische Motoren, Philips Technische Rundshau, vol. 30, north^o 617, 1969, p. 175-191.
↑ Noël J. Felici, Cours d'électrostatique, 1960, Grenoble.
↑ ^{a et b} Alfred Picard, Exposition universelle internationale de 1889 à Paris. Rapport général, vol. vii : L'outillage et les procédés des industries mécaniques. L'électricité (suite) (groupe Six de fifty'Exposition universelle de 1889), folio 299
↑ François BERNOT, «Alternateurs synchrones de grande puissance (partie 1) », Technique de fifty'ingénieur,‎ ten août 2002
↑ Michel Verrier, Pascal Chay et Mathieu Gabion, «Turboalternateurs », Technique de fifty'ingénieur,‎ 10 janvier 2009 (lire en ligne) .
↑ [PDF]étude d'une éolienne basée sur une machine asynchrone, sur Cndp.fr - Bases documentaires
↑ Définitions lexicographiques et étymologiques de « Thermodynamique » dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales, consulté le=2020-10-06
↑ (en) Smail Ahmim, Morgan Almanza, Alexandre Pasko, Frédéric Mazaleyrat, Martino LoBue, Thermal energy harvesting system based on magnetocaloric materials, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 85, 10902 (2019)
↑ (en) Convection of paramagnetic fluid in a cube heated and cooled from side walls and placed beneath a superconducting magnet, The heat transfert club of Nippon, coll. « Thermal Science & Engineering Vol.xiv No.4 », 2006, 8p. (lire en ligne)

Annexes [modifier | modifier le code]