Cours d’électrotechnique








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Cours d’électrotechnique


MACHINE TOURNANTE A COURANT ALTERNATIF


LES MACHINES SYNCHRONES






PARTIE N°2 :

L’ALTERNATEUR



TABLE DES MATIERES



1. Principe de fonctionnement 3

1.1. Principe de base 3

1.2. Création d’une tension alternative triphasée 4

1.3. Génération d’une tension utilisable 6

1.4. Conclusion 7

2. La force électromotrice 7

2.1. La FEM à vide 7

2.1.1. Pour un conducteur 7

2.1.2. Pour N conducteurs 9

2.1.3. Les modifications 9

2.1.3.1. Le facteur de forme 9

2.1.3.2. Le facteur de bobinage 9

2.1.3.3. Le coefficient de KAPP 9

2.2. La FEM en charge 10

2.2.1. La résistance 10

2.2.2. Le circuit magnétique 10

2.2.3. La FCEM d’auto induction 11

2.2.4. La réaction d’induit 11

2.2.4.1. Cas d’une charge résistive 11

2.2.4.2. Cas d’une charge selfique 12

2.2.4.3. Cas d’une charge capacitive 13

2.2.4.4. Cas d’une charge quelconque 14

3. La fréquence 15

4. Etude de l’alternateur 17

4.1. Caractéristique interne ou essai à vide 17

4.1.1. Schéma de câblage 17

4.1.2. Mode opératoire 17

4.1.3. Courbe 18

4.1.4. Explication physique 18

4.2. Caractéristique externe 19

4.2.1. Schéma de câblage 19

4.2.2. Mode opératoire 19

4.2.3. Courbe 20

4.2.4. Explication physique 20

4.2.4.1. Sur charge Résistive 20

4.2.4.2. Sur charge selfique 21

4.2.4.3. Sur charge capacitive 21

4.3. Courbe de réglage 22

4.3.1. Schéma de câblage 22

4.3.2. Mode opératoire 22

4.3.3. Courbe 23

4.3.4. Explication physique 23

4.3.4.1. Sur charge Résisitive 23

4.3.4.2. Sur charge selfique 23

4.3.4.3. Sur charge capacitive 24

4.4. Essai en court-circuit 24

4.4.1. Schéma de câblage 24

4.4.2. Mode opératoire 25

4.4.3. Courbe 25

4.4.4. Explication physique 25

5. Le diagramme de FRESNEL 26

6. Le bilan énergétique 27

6.1. La puissance utile 27

6.2. Les pertes constantes 27

6.3. Les pertes par effet joule 27

6.4. Les pertes supplémentaires 27

6.5. Le rendement 27

7. Le schéma équivalent de l’alternateur 28

8. L’équation de fonctionnement de l’alternateur 28

9. Détermination de la réactance synchrone 28

10. L’alternateur dans l’hypothèse de FRESNEL 29

10.1. Hypothèse 29

10.2. Comment évolue U si I augmente et i = constant ? 29

10.3. Comment évolue Ev si I augmente et U = constant ? 29

10.4. Comment fournir une tension à puissance active constante ? 30

11. L’alternateur dans l’hypothèse de BEHN-ESCHENBURG 32

11.1. Hypothèse 32

11.2. Comment évolue U pour i et α constants ? 32

12. La taille des alternateurs 33

13. Mise en parallèle d’alternateur 34

13.1. Généralités 34

13.2. Conditions de couplage 34

13.2.1. La même fréquence 34

13.2.2. La même tension 34

13.2.3. La même succession des phases 35

13.3. En pratique 36

13.3.1. Les feux clignotants 36

13.3.2. Les feux tournants 37

14. Exercices 40

1.Principe de fonctionnement




1.1.Principe de base



La chose à ne pas perdre de vue est que la seule chose que nous attendons d’un alternateur c’est qu’il produise une tension triphasée alternative constante et symétrique. A cela doit être lié la constance de la fréquence de cette tension. Nous savons déjà que la fréquence sera fonction de la vitesse de variation du flux au droit des enroulements statoriques. Cette vitesse est fonction d’une part de la vitesse de rotation du rotor et d’autre part du nombre de paire de pôle au stator et au rotor.
Il existe deux manières de construire un alternateur, soit l’inducteur est tournant soit l’inducteur est fixe.


Deux conditions sont nécessaires pour qu’un alternateur débite une tension.


  • Premièrement : la mise en rotation du rotor qui se fait par l’intermédiaire d’un autre organe dit moteur. Ce dernier peut être un moteur d’entraînement électrique, un moteur à explosion ou une turbine alimentée en eau ou en vapeur. Dans tous les cas, la vitesse sera régulée par réglage du débit d’un fluide.

  • Deuxièmement : la polarisation des pôles du rotor qui sera obtenue en injectant une tension continue dans le rotor (balais et bagues) et qui aura pour effet de permettre la circulation d’un courant dans les enroulements inducteurs suite à la résistance propre de ces derniers. Le sens de la polarisation des bobines sera donc fonction du sens de bobinage des enroulements. Un pôle nord doit suivre un pôle sud et précéder un pôle sud.


Je peux donc dire que si les deux conditions ci-dessus sont respectées, les enroulements du stator vont voir un champs tournant. Ils vont donc être soumis à une variation de flux. Les conducteurs soumis à une variation de flux sont donc le siège d’une FEM, je peux conclure que mon alternateur débite une tension.

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