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Les alternateurs - Description

L'alternateur

Comme toute machine tournante, le générateur de courant alternatif ou alternateur est constitué d’un rotor et d’un stator.
Au rotor est attribué la fonction d’inducteur, c'est-à-dire la production du champ magnétique qui par sa rotation va générer le courant dans les bobines du stator, ce dernier est appelé l’induit.
Au chapitre « Historique » nous avons évoqué les limites de la génératrice de courant continu, dans laquelle l’induit est placé dans le rotor ce qui impose de recueillir la puissance produite par l’intermédiaire des contacts glissants du collecteur.
Concernant l’alternateur, les contacts glissants du rotor ne transmettent qu’une faible puissance, nécessaire à la production du champ magnétique, en outre ces contacts sont beaucoup plus fiables étant constitués de bagues lisses, sur lesquelles frottent les balais (les charbons).
Le courant d’alimentation des bobines inductrices, du courant continu évidemment, est généralement fourni par une génératrice, appelée excitatrice, montée sur le même arbre que l’alternateur et la turbine.
Le rotor d’un alternateur comporte obligatoirement un nombre pair de pôles, de sorte qu’à un pôle Sud succède un pôle Nord et ainsi de suite. Le nombre de paires de pôles est fonction de la vitesse de rotation choisie pour le couple turbine-alternateur.
Le minimum étant une paire de pôles : 1 pôle S et 1 pôle N, dans ce cas la vitesse de rotation sera de 3000 t/mn afin d’obtenir un courant induit de 50 périodes par seconde (50Hz). En effet un tour complet de l’inducteur génèrera deux alternances (demi-périodes), une positive et une négative, les deux formant une période.
La vitesse de rotation d’un alternateur est donnée par la formule :      Nt/mn = f x 60s : Ppaires

on a bien dans notre exemple: 3000 = 50 x 60 : 1

 

                            Avec 2 paires de pôles on aura : N = 50 x 60 : 2 = 1500 t/mn
            Avec 8 paires  N = 50 x 60 : 8 = 375 t/mn
                  Avec 32 paires  N = 50 x 60 : 32 = 93,75 t/mn

 

Si on rapproche ces résultats avec les plages de vitesses des trois types de turbines (Pelton, Francis, Kaplan), on entrevoit déjà que chacune d’elles va entraîner un alternateur spécifique, nous allons voir comment cela se réalise.
Les vitesses de 3000 tours par minute, et plus généralement celle de 1500 t/mn, sont réservées à des alternateurs de petit diamètre, entre 1 et 2m, ce sont ceux qui sont accouplés aux turbines à vapeur et à gaz.
Le rotor des alternateurs se présente sous la forme d’un volant portant sur sa périphérie les bobines inductrices entourant chacun des pôles magnétiques, ces bobines sont raccordées en série entre elles, le sens du bobinage étant inversé sur deux bobines voisines (pôle N et pôle S).


altern-tri.jpg

 

Le stator est constitué d’une couronne dans laquelle sont empilées des tôles en acier spécial, isolées électriquement entre elles afin de réduire au maximum les pertes Joule dues aux courants de Foucault ainsi que les pertes par hystérésis. Des encoches pratiquées dans ces tôles magnétiques reçoivent les conducteurs des bobines induites.



toles2.jpg montage-alter.jpg
ci-dessus: empilage des tôles magnétiques dans un stator de petit diamètre, on remarque les encoches qui recevront les conducteurs de l'induit.                                            document CEM ci-dessus: montage des bobines de l'induit dans un stator de grand diamètre.                               document Alstom

alternateur.jpg

Les alternateurs sont triphasés, chaque phase comporte autant de bobines qu’il y a de paires de bobines inductrices sur le rotor. Les bobines induites sont imbriquées les unes dans les autres mais décalées entre elles d’un angle égal à :

360° : nombre de paires de pôles x 3

 

Ainsi chaque passage d’un pôle inducteur devant une bobine génèrera une alternance, le passage de deux pôles successifs (N et S) produira une période et nous auront bien 50 Hz pour chacune des trois phases :

F Hz = P paires x N t/mn : 60

 
Les bobines de chaque phase sont reliées entre elles en série et l’alternateur présente en sortie deux bornes par phase. Le couplage afin de fournir un courant triphasé peut être réalisé en triangle ou en  étoile.

etoile.jpg triangle.jpg





Date de création : 27/08/2008 . 23:58
Dernière modification : 15/09/2012 . 21:29
Catégorie : Les alternateurs
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