Chapitre 4 : Alternateur synchrone

Barrage hydroélectrique

Energie de d'eau , Renouvelable.

Défintion de l'alteranteur

un alternateur synchrone 

c'une machine électrique tournante fonctionnant en mode génératrice et produit de

 l'énergie électrique alternative

➭  énergie mécanique  ==> énergie électrique alternative

•alternateur triphasé : produit 3 phase ( + un neutre si besoin )

•alternateur monophasé produit 1 phase + 1 neutre 

Intérêt

• Production de fortes puissances et de faibles puissance
• Utilisation d’un principe simple
• Rendements très élevés (proches de 100 % en fortes puissances)

Alternateur triphasé

A la base de presque toute la production mondiale d’électricité

è        Barrages centrales nucléaires, centrales thermiques à flammes, etc.

•         Mais aussi :dans les voitures , les avions , les groupes électrogènes , les petites éoliennes , etc.

Principe de fonctionnement

• Champ magnétique tournant à 50 tr /s

                           ◉  Ø variable è -d Ф / dt  ≠ 0

                         ◉  Bobine : siège d’une f.é.m. induite de 50 Hz

                       ◉  1 tour = 360° = 2π/3 radians

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•           Trois bobines décalées de 120° = 2 π/3 radians

                 ◉Chaque bobine est le siège d’une f.é.m. induite

                           ◉De fréquence 50Hz 

                           ◉Décalés d’1/3 de période soit 120° = 2π/3

        e = BSN ω (∞  bω)    

è Système triphasé équilibré

Le rotor = L’inducteur

• Le rotor absorbe la puissance mécanique
• Le rotor est l’inducteur
• Crée un champ magnétique continu
• Faible puissance : aimants permanents (brushless)
• Fortes puissances : électro-aimant

                                            ◉  Courant continu d’excitation i

                                            ◉ Apport par des bagues et des balais ( ou par une génératrice )

•  Vocabulaire 

                                           ◉ Rotor = roue polaire

                                           ◉ Courant inducteur = courant d’excitation

                            Pôles saillants

Le stator  =l'induit

• Le stator est l'induit
• Siège des forces électromotrices induites
• L'induit délivre la puissance électrique
• Constitué de :

                     ◉ Cylindre ferromagnétique entaillé d'encoches

                             ==> meilleure induction

                               ◉ Empilement de tôles pour limiter les courants

                     de Foucault ==> moins de pertes

•      Améliorations : 

                      ◉2 bobinages par phase au moins : 1 paire de

                                pôles / phase 

                             ◉ Plusieurs paires de pôles par phase

            Paires de pôles

                                                                                        f=p*ns

       f : fréquence des f.é.m et des courants induits (Hz)

      p : nombre de paires de pôles (1)

     Ns :vitesse de rotation du rotor (de synchronisme ) (tr/s)

  

     Symbole électrques

Schéma électrique équivalent 

• Schéma électrique d'un phase de l'alternateur   

                                                                                    ◉Rs : résistance  de l'enroulement => en Ω

                                                                              ◉ Xs = Ls ω : réactance synchrone => en Ω

                                                                                   

                                                                                   Mailles E = (Rs + jXs )J +V

                                                                                    Dans la pratique : Rs << Xs

                                                                  

                                                             dans une phase de l'alternateur

                                                                              E = jXs . J + V

Dans chaque phase :  courant J

                                                         tension V

Branchements

• Alternateurs équilibrés
• Possibles en étoile ( Y) ou en triangle (Δ)
• En étoile :

                                 ◉ I = J 

                                       ◉U =√3V

• En triangle :

                                ◉ I =√3J

                                ◉ U= V  

• Le plus souvent en étoile :

                             ◉ Tensions plus élevées pour une même machine (production de V )

                             ◉ Courants plus faibles pour une même puissance (production de J )

                             ◉ Création de neutre

Force électromotrice 

• Mesurons la force électromotrice E d'une phase ! Comment faire ?
• J'enlève la charge (électrique) de l'alternateur 
• Le courant J s'annule
• E = jXs . J + V  → E = V (en valeurs efficaces )
• Avec un voltmètre¹ : je mesure E à l'induit

Caractéristique interne 

• Caractéristique interne : E (i)
• Mesurée :

                          ◉ à Ns = cste

                              ◉à J = 0

• On remarque :

                             ◉ Une zone linéaire (fonctionnement )

                             ◉ Une zone de saturation

                             ◉ E ≠ 0 quand i = 0

                    

   La réaction synchrone 

•   Mesurons la réactance synchrone Xs d'une phase ! Comment faire ?
• Je place l'induit en court-circuit : J= Jcc
• La tension V s'annule 
• E = jXs . J + V → Xs = E/Jcc (en valeurs efficaces )
• J'ai déjà mesure E
• Avec un ampèremètre² : je mesure Jcc dans l'induit

 Diagramme de Behn -Eschenburg

• Diagramme de Fresnel
• E = jXs.J+V     

                               

  

    Alternateur sur excité (E > V )                                       Alternateur sous-excité (E < V  )

  installation inductive ou résistive                                      installation capacitive : RARE

Bilan de puissance dans l'alternateur synchrone

Si besoin , rajouter Pjr = ui pour l’excitation du rotor

Rendement de alternateur

                            

Détermination des pertes constantes dans l'alternateur   

Dans :alternateur synchrone, les pertes constantes se déterminent à vide ,c'est-à-dire pour Pu0 = 0

          Pa0 = Pcste

un alternateur synchrone à vide délivre une tension d'induit U0 mais ne délivre par de courant induit (I0=0)

                                             

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