Résumé général sur les génératrices de courant alternatif - Cours d'Electrotechnique avec Maxicours

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Résumé général sur les génératrices de courant alternatif

1. Alternateurs

• Le fonctionnement des alternateurs repose sur le principe de l'induction électromagnétique.

• La valeur de la tension induite varie selon trois facteurs :

- l'intensité du champ magnétique ;

- la vitesse de déplacement de la partie mobile ;

- le nombre de spires de la bobine induite.

• La partie fixe de l'alternateur s'appelle le stator ; sa partie mobile se nomme le rotor.

• L'induit est constitué de l'ensemble des bobines dans lesquelles la tension est induite.

• L'inducteur est constitué de l'ensemble des bobines qui produisent le champ magnétique.

• L'induit et l'inducteur d'un alternateur peuvent être mobiles ou fixes selon la construction particulière de la machine.

2. Paramètres des circuits

• Dans un alternateur triphasé, les enroulements de l'induit peuvent être raccordés en étoile ou en triangle.

• Pour un branchement en étoile, la tension sera égale à  fois la tension d'un enroulement de l'alternateur :

.

Le courant en ligne est égal au courant dans un enroulement :

.

• Pour un branchement en triangle, les équations deviennent :

.

.

• La puissance fournie par la source d'alimentation se calcule à l'aide de l'équation qui suit :

.

• Le couplage d'un alternateur sur le réseau peut se faire lorsque les f.é.m. ont même valeur, même fréquence et les phases dans le même ordre.

3. Résumé sur les transformateurs

Transformateurs monophasés :

• Un transformateur est constitué de deux enroulements (primaire et secondaire) réalisés autour d'un circuit magnétique.

• La formule de Boucherot nous permet de calculer la valeur efficace de la f.é.m. induite E :

.

• Le rapport de transformation est le rapport de la tension de sortie U2 sur la tension d'entrée U1. C'est aussi le rapport du courant d'entrée I1 par rapport à celui de sortie I2 :

.

• Le circuit magnétique est constitué d'un empilage de tôles pour réduire les pertes.

Transformateurs triphasés :

• Un transformateur triphasé est équivalent à trois transformateurs monophasés.

• Les enroulements qui peuvent être couplés en triangle (D et d), en étoile (Y et y) ou en zig-zag (Z et z) peuvent être disposés sous une forme concentrique ou alternée autour du noyau. Le déphasage entre la tension primaire et secondaire est caractérisé par l'indice horaire du couplage.

4. Résumé sur les moteurs triphasés

Moteurs triphasés :

• En industrie, la popularité des moteurs asynchrones triphasés s'explique par leur simplicité et leur robustesse.

• Le fonctionnement des moteurs triphasés repose sur le principe du champ magnétique tournant créé par le stator du moteur.

• La majorité des moteurs asynchrones possèdent un rotor ayant la forme d'une cage d'écureuil, d'où ils tirent leur nom de moteurs à cage d'écureuil. Ces moteurs conviennent à plus de 85 % des applications industrielles.

• Certains moteurs asynchrones possèdent un rotor constitué d'un bobinage triphasé relié à trois résistances externes (rhéostat) par l'intermédiaire de bagues collectrices. Les moteurs à rotor bobiné permettent d'augmenter le couple de démarrage et de régler la vitesse de marche du moteur.

• Pour inverser le sens de rotation d'un moteur triphasé, il suffit d'inverser deux des trois fils d'alimentation.

Paramètres :

 La vitesse synchrone des moteurs asynchrones représente la vitesse de rotation du champ magnétique tournant et est définie par l'équation suivante :

.

p étant le nombre de paires de pôles du moteur.

• Les moteurs asynchrones tournent à une vitesse légèrement inférieure à la vitesse synchrone. La différence entre la vitesse synchrone Ns et la vitesse de rotation N du rotor s'appelle glissement et correspond à l'équation suivante :

.

• Les moteurs synchrones possèdent un rotor bobiné alimenté par une source externe de courant continu. En plus de tourner à une vitesse constante, ces moteurs permettent un réglage de leur facteur de puissance lorsque l'on fait varier le courant d'excitation.

5. Résumé sur les moteurs monophasés

Moteurs monophasés :

• Les moteurs à phase auxiliaire se composent d'un rotor de type cage d'écureuil et d'un stator, comprenant les enroulements de marche et de démarrage (auxiliaire).

• Les enroulements de marche et de démarrage sont disposés dans les encoches du stator et décalés les uns par rapport aux autres.

• Le champ magnétique tournant nécessaire au démarrage du moteur est produit par le déphasage entre les courants de marche et de démarrage.

• Lorsque la vitesse du rotor atteint environ 75 % de la vitesse nominale du moteur, l'enroulement de démarrage est débranché du circuit par l'action d'un interrupteur centrifuge.

• Dans ce module, vous avez étudié deux types de moteurs à phase auxiliaire :

- le moteur à phase résistive ;

- le moteur à condensateur de démarrage ou à condensateur permanent, qui est un moteur à phase résistive auquel on a ajouté un condensateur relié en série avec l'enroulement de démarrage. Ce dispositif permet d'augmenter le couple de démarrage du moteur.

• Pour inverser le sens de rotation de ces deux types de moteurs, il suffit d'inverser le courant dans l'un ou l'autre des enroulements de marche ou de démarrage.

• Le moteur à bague de déphasage est utilisé dans des applications de faible puissance.

• Le moteur universel est utilisé lorsque la charge nécessite un fort couple de démarrage. On peut facilement faire varier la vitesse du moteur universel.

6. Résumé sur le démarrage des moteurs

Démarrage des moteurs :

• Le démarrage à pleine tension des moteurs constitue la méthode de démarrage la plus utilisée en raison de sa simplicité.

• Le démarrage à pleine tension est réalisé par l'intermédiaire de démarreurs manuels, de démarreurs automatiques et de démarreurs inverseurs.

• Les démarreurs automatiques sont commandés à l'aide de postes à boutons-poussoirs.

• Le démarrage à pleine tension permet de développer un couple maximal au démarrage mais provoque de forts courants durant cette période.

• Lorsque le courant de démarrage atteint des valeurs excessives, on emploie des démarreurs à tension réduite pour limiter le courant durant la période de démarrage. Toutefois, la limitation du courant de démarrage réduit d'autant le couple de démarrage du moteur.

• Les types de démarreurs à tension réduite les plus fréquemment utilisés sont :

- les démarreurs à tension réduite par résistance ;

- les démarreurs à tension réduite par autotransformateur ;

- les démarreurs à tension réduite "étoile-triangle" ;

- les démarreurs à tension réduite à semi-conducteurs.

• Le démarrage par élimination de résistance statorique consiste à insérer des résistances dans le circuit du moteur. Après un certain temps, les résistances sont court-circuitées et la pleine tension est appliquée au moteur.

• Le démarrage par auto-transformateur consiste à brancher le moteur aux prises autotransformateur (souvent à la prise à 65 %) durant la période de démarrage. Après un certain temps, la pleine tension (100 %) est appliquée au moteur.

• Le démarrage "étoile-triangle" consiste à brancher en étoile les enroulements de phase du moteur durant la période de démarrage. Après un certain temps, les enroulements sont branchés en triangle, permettant ainsi d'appliquer la pleine tension aux enroulements de phase.

• Les démarreurs électroniques peuvent remplacer les autres types de démarreurs à tension réduite. Des potentiomètres installés sur la carte du circuit imprimé permettent de régler différents paramètres de démarrage.

• Le démarrage par élimination de résistance rotorique s'apparente aux démarreurs à tension réduite en ce sens qu'il permet de réduire le courant absorbé au démarrage. Il conserve cependant un fort couple de démarrage.

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