Un générateur de courant électrique est un appareil conçu pour convertir des types d'énergie non électriques (chimique, mécanique, thermique) en énergie électrique. De plus, sa conception est basée sur l'utilisation du principe de l'induction électromagnétique.
Le principe de fonctionnement et le dispositif de l'alternateur le plus simple
L'induction électromagnétique est un phénomène qui a été découvert en 1831 par le physicien anglais Michael Faraday (1791-1867), qui a découvert que lorsqu'un flux magnétique variant dans le temps traverse un circuit conducteur fermé, un courant électrique est généré dans ce dernier. C'est ce principe qui sous-tend tout générateur.
En pratique, le principe de l'induction électromagnétique est mis en œuvre comme suit : un courant électrique naît dans un cadre fermé (rotor) lorsqu'il est traversé par un champ magnétique tournant formé, selon la destination et la conception du générateur, par des aimants permanents ou des enroulements d'excitation. Lorsque vous faites pivoter le cadre, l'amplitude du flux magnétique change. Plus il tourne vite, plus la tension de sortie est élevée.
En 1827, le physicien hongrois Anjos Istvan Jedlik (1800-1895) découvrit cet effet et l'utilisa pour créer un modèle original de générateur de courant électrique. Cependant, la croyant célèbre, le scientifique ne breveta pas sa découverte et n'annonça la création de la première dynamo qu'en 1850.
Pour drainer le courant électrique, le châssis est équipé d'un collecteur de courant, qui le transforme en boucle fermée et assure un contact constant du châssis tournant avec les éléments fixes du générateur. Les balais à ressort sont pressés contre les bagues collectrices et ainsi le courant électrique est fourni aux bornes de sortie du générateur.
En rotation, les moitiés du cadre passent successivement près des pôles de l'aimant. Dans ce cas, un changement cyclique dans la direction du mouvement du courant émergent se produit - à chaque pôle, le courant se déplace dans un sens.
Selon la conception du collecteur, le générateur peut produire à la fois du courant continu et du courant alternatif.
- Dans les générateurs à courant continu, pour chaque moitié de l'enroulement dans l'ensemble collecteur, il y a des demi-anneaux isolés les uns des autres. Du fait que ces demi-anneaux changent constamment avec les balais, le courant ne change pas de direction, mais pulse simplement.
- Dans les alternateurs, les extrémités du châssis sont liées à des bagues collectrices et toute cette structure tourne autour de son axe. Lorsque le cadre tourne, les balais, dont chacun est étroitement adjacent à son propre anneau, constituent un conducteur de descente fiable. Dans ce cas, il n'y a pas de changement cyclique de la position des balais.
La partie tournante du générateur s'appelle le rotor et la partie fixe s'appelle le stator.
Le principe de fonctionnement des générateurs de courant alternatif et continu est identique. Ils diffèrent les uns des autres par la conception des bagues collectrices situées sur le rotor tournant et la configuration des enroulements.
Dans les alternateurs, une solution technique originale est souvent utilisée, basée sur le fait que les CEM se produisent dans un conducteur non seulement lorsqu'il tourne dans un champ magnétique, mais également lorsque le champ magnétique lui-même tourne par rapport à un conducteur fixe.
Cet effet est largement utilisé par les développeurs qui placent des aimants électriques ou permanents sur un rotor en rotation. Dans ce cas, la tension est supprimée de l'enroulement installé fixe, ce qui permet de se débarrasser des conceptions complexes d'unités de collecte de courant.
Générateurs de courant alternatif
- performance constructive;
- méthode d'excitation;
- nombre de phases.
Selon le mode d'excitation, le consommateur peut rencontrer des unités :
- avec excitation indépendante - l'enroulement d'excitation est alimenté en courant continu à partir d'une source d'alimentation indépendante;
- avec auto-excitation - un courant redressé du générateur lui-même est fourni à l'enroulement d'excitation;
- avec excitation par des aimants permanents - il n'y a pas d'enroulement d'excitation;
- avec excitation de l'excitatrice - un générateur de courant continu de faible puissance, "assis" sur le même arbre avec le générateur en cours d'entretien.
Par le nombre de phases, les générateurs électriques sont :
- monophasé;
- biphasique;
- trois phases.
En pratique, les alternateurs triphasés sont les plus courants. Ceci est dû à un certain nombre d'avantages caractéristiques de ce type de granulats :
- obtenir un effet économique dans le développement de systèmes de transport d'électricité sur de longues distances - réduire la consommation de matériaux des appareils de transformation et des fils électriques; Ceci est facilité par la présence d'un champ magnétique circulaire ;
- durée de vie accrue, qui assure l'équilibre du système;
- utilisation simultanée de la tension de ligne et de phase.
Structurellement, un générateur électrique triphasé comporte trois enroulements indépendants situés dans le stator dans un cercle avec un décalage de 120 ° les uns par rapport aux autres. Dans ce cas, chaque enroulement est un générateur monophasé, capable de fournir une tension alternative au consommateur R. Un tel enroulement unique est appelé "phase". Les enroulements de phase peuvent être interconnectés par "delta" ou "étoile".
Il existe d'autres schémas de connexion des enroulements, par exemple le système Tesla à six fils ou la connexion Slavyanka (une combinaison de six enroulements sous la forme d'une "étoile" et d'un "triangle"), mais ils n'étaient pas largement utilisés.
Le rôle du châssis dans les dispositifs qui génèrent du courant alternatif est joué par un électro-aimant qui, en tournant, déplace les champs électromagnétiques alternatifs induits dans les enroulements d'un tiers de cycle l'un par rapport à l'autre.
Parmi les nombreux alternateurs, il existe deux principaux types de conception : synchrone et asynchrone. Récemment, étant donné le grand nombre de dispositifs électroniques complexes contrôlés par des microprocesseurs, un nouveau type de générateur électrique est apparu - l'onduleur.
Groupes électrogènes synchrones
Un alternateur synchrone est structurellement composé de deux parties - un rotor mobile et un stator fixe.
Lorsque le rotor tourne, qui est un électro-aimant avec un noyau et un enroulement d'excitation, connecté à une source d'alimentation externe à l'aide d'un mécanisme à balais, une force électromagnétique est induite dans l'enroulement du stator, qui est alimentée aux bornes de sortie du générateur. Cette conception élimine le besoin de contacts glissants, ce qui simplifie grandement la conception de l'unité. Initialement, le flux magnétique est excité à partir d'un excitateur tiers attaché à un arbre commun et connecté au système à l'aide d'un couplage.
Dans les générateurs électriques synchrones de faible puissance, l'enroulement d'excitation est alimenté par un courant redressé. Dans ce cas, le circuit électrique est formé grâce à l'activation des transformateurs inclus dans le circuit de charge. Un redresseur à semi-conducteur y est également inclus. Le circuit électrique principal comprend :
- enroulement d'excitation;
- réglage du rhéostat.
La principale caractéristique d'un générateur synchrone est que la fréquence du courant électrique généré est proportionnelle à la vitesse du rotor.
Groupes électrogènes asynchrones
La conception des générateurs asynchrones est simple, mais en même temps, elle présente les pires caractéristiques techniques par rapport aux unités synchrones - l'erreur de fréquence peut atteindre 4% et en termes de tension - jusqu'à 10%. De plus, les générateurs asynchrones sont essentiels au courant de démarrage. Par conséquent, il est recommandé de les faire fonctionner en conjonction avec des stabilisateurs, et dans certains cas, par exemple, pour un démarrage progressif d'un moteur électrique, un convertisseur de fréquence peut être nécessaire.
Générateurs onduleurs
Un générateur électrique à onduleur est un générateur asynchrone conventionnel, à la sortie duquel un stabilisateur supplémentaire de paramètres de sortie est installé.
Cela fonctionne comme suit: la tension générée par le générateur asynchrone pénètre dans l'onduleur, où elle est d'abord redressée, puis des impulsions d'une fréquence et d'un rapport cyclique donnés sont formées à partir de la tension constante obtenue. A la sortie de l'appareil, ces impulsions sont converties en une tension sinusoïdale aux caractéristiques techniques quasi idéales.
Entraînement par alternateur
Dans un environnement domestique, le rotor du générateur est alimenté par des moteurs à combustion interne (ICE) qui fonctionnent avec des carburants tels que l'essence ou le diesel. Dans le même temps, la durée de vie des générateurs à essence équipés de moteurs à combustion interne à deux temps est d'environ 500 heures par an (pas plus de 4 heures par jour); ICE à quatre temps atteint 5000 heures par an.
Il est conseillé d'utiliser des groupes électrogènes à essence pour les courtes coupures de courant et/ou pour sortir à la campagne.
Les générateurs diesel sont plus puissants et plus durables que les générateurs à essence. Parmi eux, il existe des modèles à refroidissement par air et liquide. Les unités refroidies par air sont recommandées pour une utilisation dans des endroits où l'électricité est souvent coupée pendant une longue période.
L'utilisation de tels appareils ménagers est extrêmement simple - vous devez faire le plein de carburant dans le réservoir, tourner la clé pour démarrer le moteur et connecter la charge. Leur panneau de commande est fourni avec toutes les étiquettes et symboles nécessaires et intuitifs.
Les groupes électrogènes diesel refroidis par liquide sont des appareils d'une catégorie complètement différente. Ils sont capables de fonctionner jour et nuit et sont principalement utilisés dans les entreprises comme sources d'alimentation de secours.
Les générateurs industriels, conçus pour générer du courant alternatif et le fournir aux consommateurs sur de longues distances à l'aide de lignes électriques à haute tension (PTL), fonctionnent en activant des turbines hydrauliques ou à vapeur. Dans de telles unités, le mécanisme de rotor est relié directement à la roue de turbine.
Les groupes électrogènes à turbine se caractérisent par une puissance élevée (jusqu'à 100 000 kW) et sont capables de générer un courant alternatif avec une tension allant jusqu'à 16 kV. Dans ce cas, la longueur et le diamètre de leur rotor peuvent atteindre respectivement 6,5 et 15 mètres, et la vitesse de rotation de ce dernier est de l'ordre de 1500 ... 3000 tr/min. Ces unités sont installées dans des pièces séparées sur des bases en béton spécialement préparées.
Options et capacités du générateur domestique
Pour faciliter l'utilisation, les fabricants équipent leurs produits d'un certain nombre d'options utiles, parmi lesquelles :
- dispositif de démarrage automatique de l'unité en cas de panne de courant ;
- la présence d'un RCD intégré qui déconnecte l'appareil du secteur en cas de rupture d'isolement et d'apparition d'un courant de fuite ;
- contrôle des paramètres et leur affichage sur l'écran;
- protection de surcharge.
Lorsqu'une charge est connectée à un générateur électrique, dont la valeur sera inférieure à celle nominale, l'unité commencera à "manger" une partie du combustible liquide en vain, sans utiliser pleinement ses capacités.
Il ne sera pas superflu d'avoir un carter spécial anti-bruit, un réservoir de carburant agrandi, un carter qui protège l'unité des effets des basses températures, etc.
Caractéristiques d'installation
Le propriétaire potentiel d'un alternateur avant d'acheter doit prendre soin de préparer un lieu pour son installation. Quel que soit l'endroit où une telle unité sera installée, à l'intérieur ou à l'extérieur, elle aura besoin d'une plate-forme plate et solide. L'installation d'un générateur électrique sur un sol inégal augmentera les vibrations, ce qui accélérera l'usure des pièces et peut entraîner la défaillance d'un appareil coûteux.
Lors de l'installation du générateur à l'intérieur, il est important de prévoir une ventilation d'échappement. De plus, pendant le fonctionnement de l'unité, il est recommandé de laisser la porte de la pièce ouverte, ce qui nécessitera l'installation d'une grille dans l'embrasure de la porte qui bloque l'accès des étrangers, et surtout des enfants, à la zone dangereuse.
Connectez le générateur au secteur en respectant strictement les exigences énoncées dans les instructions d'utilisation. Dans ce cas, le câble électrique doit être branché après la machine d'introduction et le compteur électrique.
