Générateurs

Les générateurs sont des appareils qui convertissent d'autres formes d'énergie en énergie électrique. En 1832, le Français Bixi inventa le générateur.

Un générateur est composé d'un rotor et d'un stator. Le rotor est situé dans la cavité centrale du stator. Ses pôles magnétiques génèrent un champ magnétique. La rotation du rotor par le moteur principal transfère de l'énergie mécanique. Les pôles magnétiques du rotor tournent à grande vitesse avec le rotor, provoquant l'interaction du champ magnétique avec l'enroulement du stator. Cette interaction provoque la coupure du champ magnétique à travers les conducteurs de l'enroulement du stator, générant une force électromotrice induite, convertissant ainsi l'énergie mécanique en énergie électrique. Les générateurs se divisent en générateurs à courant continu et en générateurs à courant alternatif, largement utilisés dans la production industrielle et agricole, la défense nationale, les sciences et technologies, et la vie quotidienne.

Paramètres structurels

Les générateurs se composent généralement d'un stator, d'un rotor, d'embouts et de roulements.

Le stator se compose d'un noyau de stator, d'enroulements de fils, d'un cadre et d'autres pièces structurelles qui fixent ces pièces.

Le rotor est constitué du noyau du rotor (ou pôle magnétique, self magnétique), de l'enroulement, de la bague de protection, de la bague centrale, de la bague collectrice, du ventilateur et de l'arbre du rotor et d'autres composants.

Le stator et le rotor du générateur sont connectés et assemblés par les roulements et les embouts, de sorte que le rotor peut tourner dans le stator et effectuer le mouvement de coupe des lignes de force magnétiques, générant ainsi le potentiel électrique induit, qui est conduit à travers les bornes et connecté au circuit, puis le courant électrique est généré.

Caractéristiques fonctionnelles

Les performances des générateurs synchrones se caractérisent principalement par leurs caractéristiques de fonctionnement à vide et en charge. Ces caractéristiques constituent des critères importants pour le choix des générateurs par les utilisateurs.

Caractérisation à vide :Lorsqu'un générateur fonctionne à vide, le courant d'induit est nul, ce qui est appelé fonctionnement en circuit ouvert. À ce moment, l'enroulement triphasé du stator du moteur ne subit que la force électromotrice à vide E0 (symétrie triphasée) induite par le courant d'excitation If, et son intensité augmente avec l'augmentation de If. Cependant, les deux ne sont pas proportionnelles car le noyau du circuit magnétique du moteur est saturé. La courbe reflétant la relation entre la force électromotrice à vide E0 et le courant d'excitation If est appelée caractéristique à vide du générateur synchrone.

Réaction d'induit :Lorsqu'un générateur est connecté à une charge symétrique, le courant triphasé dans l'enroulement d'induit génère un autre champ magnétique rotatif, appelé champ de réaction d'induit. Sa vitesse est égale à celle du rotor, et les deux tournent de manière synchrone.

Le champ réactif d'induit et le champ d'excitation du rotor des générateurs synchrones peuvent être estimés comme étant tous deux distribués selon une loi sinusoïdale. Leur déphasage spatial dépend du déphasage temporel entre la force électromotrice à vide E0 et le courant d'induit I. De plus, le champ de réaction d'induit est également lié aux conditions de charge. Lorsque la charge du générateur est inductive, le champ de réaction d'induit a un effet démagnétisant, entraînant une diminution de la tension du générateur. Inversement, lorsque la charge est capacitive, le champ de réaction d'induit a un effet magnétisant, ce qui augmente la tension de sortie du générateur.

Caractéristiques de fonctionnement de la charge :Il s'agit principalement de caractéristiques externes et de caractéristiques de réglage. La caractéristique externe décrit la relation entre la tension aux bornes du générateur U et le courant de charge I, pour une vitesse nominale, un courant d'excitation et un facteur de puissance de charge constants. La caractéristique de réglage décrit la relation entre le courant d'excitation If et le courant de charge I, pour une vitesse nominale, une tension aux bornes et un facteur de puissance de charge constants.

Le taux de variation de tension des générateurs synchrones est d'environ 20 à 40 %. Les charges industrielles et domestiques classiques nécessitent une tension relativement constante. Par conséquent, le courant d'excitation doit être ajusté en conséquence lorsque le courant de charge augmente. Bien que la tendance de la caractéristique de régulation soit inverse de celle de la caractéristique externe, elle augmente pour les charges inductives et purement résistives, tandis qu'elle diminue généralement pour les charges capacitives.

Principe de fonctionnement

Générateur diesel

Un moteur diesel entraîne un générateur qui convertit l'énergie du gazole en énergie électrique. À l'intérieur du cylindre, l'air propre, filtré par le filtre à air, se mélange intimement au gazole atomisé à haute pression injecté par l'injecteur. À mesure que le piston remonte, comprimant le mélange, son volume diminue et sa température augmente rapidement jusqu'à atteindre le point d'inflammation du gazole. Ce phénomène enflamme le gazole, provoquant une violente combustion du mélange. La détente rapide des gaz force alors le piston vers le bas, un processus appelé « travail ».

Générateur à essence

Un moteur à essence entraîne un générateur, convertissant l'énergie chimique de l'essence en énergie électrique. À l'intérieur du cylindre, un mélange de carburant et d'air subit une combustion rapide, provoquant une expansion rapide du volume qui force le piston vers le bas, exerçant ainsi un travail.

Dans les générateurs diesel comme essence, chaque cylindre fonctionne séquentiellement dans un ordre précis. La force exercée sur le piston est transformée par la bielle en force de rotation, qui entraîne le vilebrequin. Un générateur CA synchrone sans balais, monté coaxialement au vilebrequin du moteur, permet à la rotation du moteur d'entraîner le rotor du générateur. Basé sur le principe de l'induction électromagnétique, le générateur produit alors une force électromotrice induite, générant du courant à travers un circuit de charge fermé.