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Les alternateurs

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1/4 : Introduction : alternateur triphasé de voiture ≃ 1 kW

Vérifier l'alternateur de sa voiture


A noter : La tension à videSans accessoire gros consommateur en service tel que phares, clim et ventilation..., moteur au ralenti, doit dépasser 13 VoltsNormalement ≃ 13.5 V. Lorsque le moteur est au 'ralenti accéléré≃ 1 500 tr/mn en diesel ; ≃ 2 000 tr/mn en essence' la tension doit augmenter jusqu'à 14.4 VccLa tension maximale de recharge des batteries d'accumulateurs au plomb : 2.4 V par élément.
6 éléments × 2.4 V = 14.4 Volts continu
Batterie voiture
sans jamais les dépasser (échauffement et dégradation).




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L'alternateur triphasé automobile démonté


Ici un alternateur automobile, 800 W soit 800 W / 14.4 V = 55 Ampères, démonté. On distingue les différents constituants : rotor bobiné, stator, balais et régulateur de tension.




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Vidéo en fonctionnement production courant continu


Cet alternateur, dont le stator triphasé est couplé en triangle, dispose de 6 diodesZoom sur les diodes 'boutons' :
Zoom diodes alternateur
afin d'offrir un signal redressé double alternance (≃ 10 % d'ondulation résiduelle).




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Dépannage !...


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2/4 : Alternateur synchrone triphasé à balais et 'diodes tournantes'

L'alternateur triphasé sinusoïdal en service


Cette vidéo mettant en oeuvre notre banc pédagogique alternateur triphaséBan pédagogique alternateur triphasé illustre complètement le lien entre vitesse, amplitude et fréquence du courant alternatif produit.




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Alternateur triphasé à balais

Alternateur triphasé
Comme tout alternateur triphasé de faible à moyenne puissance, l'alternateur de voiture utilise 2 bagues pleinesBagues alternateur pour alimenter le rotor en courant continu via des balaisLes fameux 'charbons' généralement constitués de graphite !
Charbons balais alternateur auto
.
Le rotor au centre est donc polarisé Nord Sud de manière sans changer de polarité et en tournant devant 3, 6, 9... bobinesAu minimum 3 mais par exemple 15 sur celui en vidéo
15 / 3 = 5 paires de pôles !
Stator alternateur
 : il induit un courant triphasé au niveau du stator.

Sur les autos, ce triphasé est redressé avec des diodes6 diodes pour un redressement double alternance (comme sera vu en vidéo) afin de limiter au maximum l'ondulation résiduelle !
3 des diodes sont visibles en cercles brillants ici
pour produire un courant quasiment continu lisse.

Enfin le régulateurLe régulateur est un dispositif électronique qui modifie la tension d'excitation de manière à éviter toute surtension en sortie.
E = - ΔΦ/Δt (Quand la vitesse augmente, le temps t diminue faisant > la tension E, pour compenser on va diminuer le flux Φ en diminuant la tension d'excitation !
Le régulateur de l'alternateur auto
est là pour adapter l'excitation à la charge électrique (consommation) ainsi qu'à la vitesseL'alternateur auto est entraîné par le moteur thermique dont la vitesse varie grandement !.

Remarque : les alternateurs raccordés au réseau électrique tournent à vitesse constante pour maintenir une fréquence fixe de 50 ou 60 Hz selon les pays !




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Alternateur double à 'diodes tournantes'

Alternateur diodes tournantes
Les alternateurs industriels de forte puissance ont résolu le problème des balais :
Il n'y en a plus !

En réalité la machine est double :
  1. Un premier alternateur A ici à gauche
  2. Le second de puissance B à droite
Fonctionnement :
  1. Un courant continu d'excitation U=Les U= et U= sur le dessin, tension continue mais variable pour l'adapter à la charge électrique que doit fournir le générateur est envoyé au stator de alternateur A
  2. Le rotor A est induit d'une tension alternativeDe fréquence élevée par la multiplication des bobines pour obtenir un signal redressé le plus lisse possible !
  3. Les diodes tournantesL'astuce est là : le rotor A produit de l'alternatif ~ et le rotor B doit recevoir du continu...
    Les diodes sont solidaires de l'arbre et tournent avec les 2 rotors !
    redressent ce signal alternatif
  4. Redressé, ce signal alimente le rotor B en courant désormais continu
  5. Le rotor B soumet ainsi à son tour le stator B à un champ magnétique tournant
  6. Le stator B composé de 3, 6, 9...3 bobines s'il tourne à 3000 t/mn pour du 50 Hz,
    6 bobines (2 paires de pôles) s'il tourne à 1500 tr/mn...
    bobines génère un courant triphasé
Les alternateurs industriels tournent à vitesse fixe !




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Photos d'alternateur et quiz...


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3/4 : Générateur

Moteurs brushless, pas à pas et hybrides





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Moteur à courant continu avec charbons





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Générateur asynchrone

Générateur asynchrone fonctionnement
Fonctionnement raccordé


Tout moteur asynchrone peut devenir générateur mais pour le comprendre, commençons par le cas le plus 'facile' :
Lorsque le moteur asynchrone est alimenté, il tourne un peu moins vite que la fréquence du réseau à cause du glissement au niveau du rotor : le secondaireN'oubliez pas que le moteur asynchrone est un transformateur dont le secondaire est le rotor en court-circuit !
Voir cours en connexes en fin de présent
.
Par contre si le moteur est entrainé par sa charge, s'il passe en survitesseLe rotor ne doit dépasser la vitesse de synchronisme que de 0.5% à 1.5% !, primaire et secondaire s'inversent ! Ainsi, le rotor devient primaire, le stator secondaire et le moteur devient générateur sur le réseau ! Si ce mode de fonctionnement est assez aisé à comprendre, il présente l'inconvénient de requérir un réseau déjà alimentéImpossible de le faire fonctionner de manière autonome !
Ne partez pas sur une île déserte avec :-) !
puisque le générateur démarre en moteur !
Fonctionnement autonome


Contrairement aux formules, la réalité physique présente quelques imperfections dont une sert ici ! Lorsqu'un fer, en l’occurrence les tôles du rotor, a déjà subit une aimantation, un moment magnétique, il demeure une polarisation résiduelle minime. Ainsi, en ajoutant des condensateurs pour produire le réactifVoir déphasage et triangle des impédances pour plus d'informations !, vous pourrez bénéficier d'un générateur autonome Pour l'avoir expérimenté, mais pas réussi à chaque essai, le phénomène requière environ 2 secondes pour démarrer.
Sur Internet, vous trouverez des informations sur les valeurs de condensateur en fonction des caractéristiques du moteur
!




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Comparatif généra...


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4/4 : HVDC, CCHT Courant Continu Haute Tension

HDVC CCHT

High Voltage Direct Current, bref : Courant Continu Haute Tension !

Avantages principaux :

  • Indispensable pour relier 2 pays aux fréquencesPar exemple 50 Hz et 60 Hz différentes
  • Très facile de décider qui fournit à quiEn continu, il suffit que le générateur offre quelques mVolts de plus !
    En alternatif aussi, mais il convient de bien synchroniser les signaux (fréquence + phase !) et d'avoir un brin d'avance pour 'fournir du réactif'
    Synchronisation ~
    !
  • Aucun souci de déphasage dû à l'inductance des lignes
  • Aucune perte due à l'inductance : Que des pertes Joule
  • Le générateur raccordé peut utiliser toutes les technologies !

Principaux inconvénients

  • Coût encore élevé des onduleurs de très forte puissance




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Synoptique de production

DiodeLignes électriquesMLITriphasé fixe
Générateur continu ou alternatifTriphasé, hexaphasé... de fréquence fixe ou variableCA --> CC
Redresseur
Si générateur CA ~
Transport CC sans pertes inductivesCC --> CA
Onduleurs
Réseau classique 50 ou 60 Hz


Article sur Wikipedia sur les lignes CCHT !




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Cochez en vert ce qui est vrai !...


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Lien externe recommandé par l'auteur :

Crée le 09 / 12 / 2016, der. màj le 21 / 11 / 2017 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 165 fois ★★★☆☆
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