Electrotechnique

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Cours / Electrotechnique / BAC PRO Electrotechnique, énergie, équipements communicants (ELEEC)
Construction et caractéristiques des alternateurs  
  • 1. Inducteur et induit
  • 2. Stator et rotor
  • 3. Bagues collectrices
  • 4. Excitatrices
  • 5. Symboles
  • 6. Caractéristique des alternateurs

Vous savez maintenant que le fonctionnement des alternateurs repose sur le principe de l'induction magnétique.

Dans cette étude, vous verrez quels sont :

  • les principaux composants des alternateurs ;
  • leurs caractéristiques particulières.
1. Inducteur et induit

Du point de vue électrique, les alternateurs se composent de deux éléments distincts : l'inducteur et l'induit.

L'inducteur a pour rôle de produire le champ magnétique. Il est donc constitué d'électro-aimants disposés de manière à créer alternativement des pôles nord et sud.

L'induit est constitué de l'ensemble des enroulements dans lesquels la tension est induite.

Comme vous l'avez appris précédemment, l'inducteur de la majorité des alternateurs est mobile, tandis que l'induit constitue la partie fixe de la machine.

La figure suivante montre l'induit et l'inducteur d'un alternateur.

Alternateur à inducteur mobile :

2. Stator et rotor

Du point de vue mécanique, les deux principaux composants d'un alternateur sont le rotor et le stator.

Stator :

Comme son nom l'indique, le stator constitue la partie fixe ou statique, de l'alternateur. Il s'agit donc le plus souvent de l'induit.

Le stator se compose alors d'un noyau en tôle d'acier muni d'encoches destinées à recevoir les conducteurs formant les enroulements de l'induit.

Les enroulements du stator sont fabriqués en fils de cuivre. Chaque spire de fil est isolée des autres spires. Dans le cas des alternateurs monophasés, les enroulements sont reliés en série.

Dans le cas des alternateurs triphasés, les enroulements du stator sont divisés en trois enroulements distincts, disposés à 120° les uns des autres.

Rotor :

Le rotor constitue l'élément mobile de l'alternateur. Il renferme les pièces polaires qui constituent l'inducteur de la machine, c'est pourquoi on l'appelle aussi "roue polaire".

On distingue deux types de rotors : les rotors à pôles saillants et les rotors à pôles lisses.

On utilise le rotor à pôles saillants lorsque l'alternateur tourne à basse vitesse. Des bobines d'excitation, fabriquées de fils ou de barres de cuivre, sont fixées directement sur les pièces polaires. Ces bobines sont reliées en série, de façon à créer des polarités contraires entre deux pôles voisins.

Ce type d'alternateur, dont la puissance varie de 1 000 kVA à 250 MVA équipe la plupart des centrales hydrauliques, les groupes de secours des administrations et les navires.

Les rotors à pôles lisses, comme celui apparaissant à la figure suivante, sont conçus pour les petits alternateurs tournant à haute vitesse.

Comme vous pouvez le constater sur la figure suivante, leur forme est cylindrique ; les bobines d'excitation s'insèrent dans les entailles usinées à cette fin.

Cette machine est appelée "turbo-alternateur" du fait de sa vitesse de rotation élevée. Leur puissance peut atteindre 1,5 GVA et ils équipent la plupart des centrales thermiques classiques et nucléaires.

Rotor à pôles lisses :

3. Bagues collectrices

Les bagues collectrices sont montées sur l'arbre du rotor et branchées aux extrémités de l'enroulement inducteur.

Des balais en carbone sont maintenus en contact avec la surface des bagues à l'aide de ressorts.

Ce mécanisme permet de brancher l'enroulement inducteur à une source d'énergie extérieure, responsable de son alimentation.

Pour que l'ensemble bagues/balais fonctionne bien, il importe de maintenir une pression constante sur les balais.

Le ressort doit donc remplir efficacement cette fonction pendant toute la durée de vie des balais.

La figure suivante illustre l'action du ressort sur les balais neufs et usés.

Action du ressort sur les balais :

 

4. Excitatrices

Vous avez vu que l'on doit faire appel à une source d'énergie externe pour faire fonctionner les alternateurs. L'excitatrice remplit cette fonction. Il s'agit en fait d'une petite génératrice de courant continu, qui alimente les enroulements inducteurs de l'alternateur.

La tension produite grâce à l'excitatrice est acheminée aux enroulements inducteurs par l'entremise des balais et des bagues collectrices.

On regroupe les excitatrices en deux catégories :

- les excitatrices mobiles ;

- les excitatrices statiques.

Excitatrice mobile :

L'excitatrice mobile est montée directement sur l'arbre de l'alternateur. En réglant le courant d'excitation de la génératrice, on règle le courant dans le rotor de l'alternateur.

Excitatrice statique :

L'excitatrice statique est une machine plus récente que la précédente. Elle se compose d'une source d'alimentation électrique munie de redresseurs à semi-conducteurs. L'avantage de ce type d'excitatrice réside dans l'absence de pièces mobiles et de balais, ce qui diminue les coûts d'entretien de la machine.

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