Le dispositif et le principe de fonctionnement des alternateurs

Un générateur de courant électrique est un appareil conçu pour convertir des types d'énergie non électrique (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 de conception de l'alternateur le plus simple

Alternateur

L'induction électromagnétique est un phénomène découvert en 1831 par le physicien britannique Michael Faraday (1791-1867), qui a découvert que lorsqu'un flux magnétique variant dans le temps passe à travers un circuit conducteur fermé, un courant électrique apparaît dans ce dernier. C'est ce principe qui sous-tend tout générateur.

Dans la pratique, le principe de l'induction électromagnétique est mis en œuvre comme suit: un courant électrique apparaît dans un châssis fermé (rotor) lorsqu'il coupe un champ magnétique tournant, formé en fonction de la destination et de la conception du générateur par des aimants permanents ou des enroulements d'excitation spéciaux. Lorsque le cadre tourne, la magnitude du flux magnétique change. Plus il tourne vite, plus la tension de sortie est élevée.

En 1827, cet effet a été découvert et utilisé pour créer le modèle original d'un générateur de courant électrique par le physicien hongrois Agnos Istvan Jedlik (1800-1895). Cependant, le croyant célèbre, le scientifique n'a pas breveté sa découverte et n'a annoncé la création de la première dynamo qu'en 1850.

Le principe de fonctionnement de l'alternateur

Pour éliminer 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 brosses à ressort sont pressées contre les bagues collectrices et ainsi le courant électrique est fourni aux bornes de sortie du générateur.

En rotation, les moitiés du cadre passent séquentiellement 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 une direction.

Conception d'armature de générateur DC

Selon la conception du collecteur, le générateur peut générer à la fois du courant continu et alternatif.

  • Dans les générateurs CC, pour chaque moitié de l'enroulement dans le nœud collecteur, il y a des anneaux isolés les uns des autres. Du fait que ces demi-anneaux changent constamment de balais, le courant ne change pas de direction, mais se contente de pulser.
  • Dans les alternateurs, les extrémités du cadre sont attachées à des bagues collectrices et toute cette structure tourne autour de son axe. Lors de la rotation du cadre, les brosses, dont chacune est étroitement adjacente à sa bague, fournissent un conducteur de descente fiable. Dans ce cas, il n'y a pas de changement cyclique de position des brosses.

La partie tournante du générateur est appelée rotor, et la partie stationnaire est appelée stator.

Le principe de fonctionnement des générateurs de courant alternatif et continu est identique. Ils diffèrent entre eux par la conception des bagues collectrices situées sur un rotor rotatif et la configuration des enroulements.

Dans les générateurs de courant alternatif, une solution technique originale est souvent utilisée, basée sur le fait que l'EMF apparaît dans le conducteur non seulement lorsqu'il tourne dans un champ magnétique, mais aussi dans le cas où 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 rotatif. Dans ce cas, la tension est supprimée de l'enroulement monté fixe, ce qui permet de s'affranchir des conceptions complexes des ensembles collecteurs.

Générateurs AC

Un grand nombre des générateurs AC les plus divers sont produits. Ils peuvent être classés selon les paramètres suivants:

  • conception constructive;
  • méthode d'excitation;
  • nombre de phases.

Par la méthode d'excitation pour le consommateur, des agrégats peuvent être trouvés:

  • avec excitation indépendante - l'enroulement d'excitation est alimenté en courant continu par une source d'alimentation indépendante;
  • avec auto-excitation - un courant redressé provenant du générateur lui-même est fourni à l'enroulement d'excitation;
  • avec excitation d'aimants permanents - pas d'enroulement d'excitation;
  • avec excitation du pathogène - un générateur CC de faible puissance, "assis" sur le même arbre que le générateur servi.
Circuit générateur triphasé

Par le nombre de phases, les générateurs électriques sont:

  • monophasé;
  • biphasé;
  • trois phases.

En pratique, on trouve le plus souvent des alternateurs triphasés. Cela est dû à un certain nombre d'avantages caractéristiques de ce type d'agrégats:

  • obtenir un effet économique lors du développement de systèmes de transmission de l'électricité sur de longues distances - réduire la consommation de matériel des transformateurs et des câbles d'alimentation; Cela contribue à la présence d'un champ magnétique circulaire;
  • augmentation des ressources opérationnelles, ce qui assure l'équilibre du système;
  • utilisation simultanée de tension linéaire et de phase.

Structurellement, un générateur électrique triphasé a trois enroulements indépendants situés dans le stator autour de la circonférence avec un décalage de 120 ° les uns par rapport aux autres. De plus, 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 un "triangle" ou une "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 générant du courant alternatif est joué par un électro-aimant qui, en rotation, décale les variables EMF induites dans les enroulements d'un tiers de cycle les unes par rapport aux autres.

Parmi les nombreux alternateurs, on distingue deux principaux types de conception: synchrone et asynchrone. Récemment, étant donné le grand nombre d'appareils électroniques complexes contrôlés par des microprocesseurs, un nouveau type de générateur électrique est apparu - l'inverseur.

Groupes électrogènes synchrones

Dispositif générateur synchrone

Un alternateur synchrone se compose 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, un CEM est induit dans l'enroulement du stator, qui est alimenté aux bornes de sortie du générateur. Cette conception élimine le besoin de contacts coulissants, ce qui simplifie considérablement la conception de l'unité. Initialement, le flux magnétique est excité à partir d'un excitateur tiers monté sur un arbre commun et connecté au système à l'aide d'un couplage.

Dans les générateurs synchrones de faible puissance, l'enroulement de champ est alimenté par un courant redressé. Dans ce cas, le circuit électrique est formé en raison de l'activation des transformateurs inclus dans le circuit de charge. Un redresseur à semi-conducteur est également inclus. Le circuit électrique principal comprend:

  • enroulement de champ;
  • réglage du rhéostat.

La principale caractéristique du générateur synchrone est que la fréquence du courant électrique généré est proportionnelle à la vitesse du rotor.

Groupes électrogènes asynchrones

Un alternateur asynchrone se distingue d'un alternateur synchrone par l'absence de connexion rigide entre les vitesses du rotor et la FEM induite. La différence entre ces paramètres est appelée «glissement». Il existe un entrefer entre le rotor et le stator du générateur asynchrone. Dans le même temps, le couple de freinage qui se produit lorsque la charge est connectée et empêche la rotation du rotor affecte la fréquence des CEM générés. Par conséquent, l'électricité dans les générateurs asynchrones est générée à une vitesse de rotor accrue.

La conception des générateurs asynchrones est simple, mais elle présente les pires caractéristiques techniques par rapport aux unités synchrones - l'erreur de fréquence peut atteindre 4% et la tension jusqu'à 10%. De plus, les générateurs asynchrones sont essentiels au courant d'appel. Par conséquent, il est recommandé de les faire fonctionner avec des stabilisateurs, et dans certains cas, par exemple, pour un démarrage en douceur du moteur électrique, un convertisseur de fréquence peut être nécessaire.

Générateurs à onduleur

Générateur onduleur FUBAG Ti 3200

Un générateur inverseur est un générateur asynchrone classique, à la sortie duquel un stabilisateur supplémentaire des paramètres de sortie est installé.

Il fonctionne comme suit: la tension générée par un générateur asynchrone va à 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 continue résultante. En sortie de l'appareil, ces impulsions sont converties en une tension sinusoïdale aux caractéristiques techniques quasi parfaites.

Entraînement d'alternateur

Générateur d'essence Green-Field GF4500E

Dans des conditions domestiques, le rotor du générateur est entraîné par des moteurs à combustion interne (ICE) fonctionnant avec des carburants tels que l'essence ou le diesel. Dans le même temps, la durée de vie opérationnelle des générateurs à essence équipés d'ICE push-pull est d'environ 500 heures par an (pas plus de 4 heures par jour); l'ICE à quatre temps atteint 5000 heures par an.

Il est conseillé d'utiliser des générateurs électriques à essence pour les coupures brèves et / ou pour sortir à la campagne.

Les générateurs fonctionnant au diesel sont caractérisés par une puissance élevée et une essence beaucoup plus durable. Parmi eux, il existe des modèles avec 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.

Générateur diesel ONIS VISA P 14 FOX

L'utilisation de tels appareils ménagers est extrêmement simple - vous devez remplir le carburant dans le réservoir, tourner la clé pour démarrer le moteur et connecter la charge. Leur panneau de contrôle est équipé de toutes les inscriptions et symboles nécessaires et intuitifs.

Les générateurs diesel à refroidissement liquide sont des appareils d'une catégorie complètement différente. Ils sont capables de travailler pendant des jours 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 (lignes de transmission) fonctionnent en activant des turbines hydrauliques ou à vapeur. Dans de telles unités, le mécanisme du rotor est directement connecté à la roue de turbine.

Les générateurs à turbine sont caractérisés par une puissance élevée (jusqu'à 100 000 kW) et sont capables de générer un courant alternatif avec une tension jusqu'à 16 kV. 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.Installez ces unités dans des pièces séparées sur des substrats en béton spécialement préparés.

Options et capacités des générateurs électriques domestiques

Pour une facilité d'utilisation, les fabricants équipent leurs produits d'un certain nombre d'options utiles, parmi lesquelles:

  • dispositif de démarrage automatique de l'unité lors d'une panne de courant;
  • la présence d'un disjoncteur différentiel intégré, déconnectant l'appareil du secteur lors d'une panne d'isolement et l'apparition d'un courant de fuite;
  • contrôler les paramètres et les afficher 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 carburant liquide pour rien, sans utiliser pleinement ses capacités.

Il ne sera pas superflu d'avoir dans la livraison un boîtier spécial silencieux, un réservoir de carburant augmenté, un boîtier protégeant l'unité des basses températures, etc.

Caractéristiques d'installation

Utilisation d'un générateur diesel

Un propriétaire potentiel d'un alternateur doit se préoccuper de la préparation du site d'installation avant de l'acheter. Peu importe où une telle unité sera installée, à l'intérieur ou à l'extérieur, elle nécessitera une plate-forme plate et solide. L'installation d'un générateur électrique sur un site irrégulier entraînera une augmentation des vibrations, ce qui accélérera l'usure des pièces et peut provoquer la défaillance d'un appareil coûteux.

Lors de l'installation du générateur dans une pièce, il est important de prévoir la présence d'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 à son tour l'installation d'une grille dans la porte qui empêche les étrangers, et surtout les enfants, d'accéder à la zone de danger.

Le générateur électrique est connecté au secteur en stricte conformité avec les exigences énoncées dans le mode d'emploi. Dans ce cas, le câble électrique doit être connecté après la machine d'introduction et le compteur électrique.

Chauffage

Ventilation

Assainissement