Les gens utilisent l'énergie du courant électrique dans presque tous les domaines de leur vie. Il est désormais difficile d'imaginer la vie sans électricité, qui est convertie à partir de l'énergie mécanique à l'aide d'un équipement spécial. Voyons de plus près comment ce processus fonctionne et comment les générateurs modernes sont construits.
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Convertir l'énergie mécanique en énergie électrique
Tout générateur fonctionne sur le principe de l'induction magnétique. L'alternateur le plus simple peut être considéré comme une bobine qui tourne dans un champ magnétique. Il existe également une variante dans laquelle la bobine reste immobile, mais le champ magnétique ne fait que la traverser. C'est au cours de ce mouvement que le courant alternatif est généré. Un grand nombre de générateurs dans le monde fonctionnent sur ce principe et sont intégrés dans un système d'alimentation électrique.
Conception et construction d'un alternateur
Le groupe électrogène standard comprend les composants suivants :
- Un cadre sur lequel est fixé le stator avec les pôles électromagnétiques. Il est fabriqué en métal et est destiné à assurer la fonction de protection de tous les composants de la machine.
- Le stator sur lequel est fixé l'enroulement. Il est fait d'acier ferromagnétique.
- Le rotor est l'élément mobile sur le noyau duquel est monté l'enroulement qui génère le courant électrique.
- L'unité de commutation qui retire l'électricité du rotor. Il consiste en un système d'anneaux conducteurs mobiles.
En fonction de l'application, un générateur présente certaines caractéristiques de conception, mais tout dispositif qui convertit l'énergie mécanique en électricité comporte deux éléments :
- Le rotor est une pièce de fer mobile d'un seul tenant ;
- Le stator est un élément stationnaire, qui est fait de feuilles de fer. Il comporte des fentes à l'intérieur desquelles est placé un enroulement de fil.
Afin d'obtenir une plus grande induction magnétique, il doit y avoir une petite distance entre ces éléments. Les générateurs sont conçus comme suit :
- Avec armature mobile et champ magnétique statique.
- Avec une armature fixe et un champ magnétique tournant.
De nos jours, les machines à champ magnétique tournant sont plus courantes, car il est beaucoup plus pratique de tirer le courant électrique du stator que du rotor. La construction d'un alternateur présente de nombreuses similitudes avec celle d'un moteur électrique.
Schéma d'un alternateur
Fonctionnement d'un alternateur : avec une moitié de l'enroulement sur un pôle et l'autre moitié sur le pôle opposé, le courant circule dans un circuit de son minimum à son maximum et inversement.
Classification et types de générateurs
Tous les générateurs électriques peuvent être classés en fonction de leur critère de performance et du type de combustible à partir duquel l'électricité est produite. Tous les générateurs sont divisés en monophasés (tension de sortie 220 volts, fréquence 50 Hz) et triphasés (380 volts, fréquence 50 Hz) ainsi que par le principe de fonctionnement et le type de combustible qui est transformé en électricité. Les générateurs peuvent également être utilisés dans différents domaines, ce qui détermine leurs spécifications techniques.
Selon le principe de fonctionnement
Une distinction est faite entre les alternateurs asynchrones et synchrones.
Asynchrone
Les alternateurs asynchrones n'ont pas une dépendance exacte sur CEM à la vitesse du rotor, mais il existe un terme tel que "glissement S". Elle détermine cette différence. La valeur du glissement est calculée, il y a donc encore une certaine influence des éléments du générateur dans le processus électromécanique d'un moteur asynchrone.
Synchrone
Un tel alternateur a une relation physique entre le mouvement rotatif du rotor et la fréquence de l'énergie électrique à générer. Dans ce type d'appareil, le rotor est un électroaimant composé de noyaux, d'enroulements et de pôles. Le stator est constitué des bobines, qui sont connectées en étoile et ont un point zéro commun. C'est dans ces derniers que le courant électrique est généré.
Le rotor est entraîné par une force extérieure d'éléments mobiles (turbines), qui se déplacent de manière synchrone. L'excitation d'un tel alternateur peut être avec ou sans contact.
Par type de carburant moteur
L'éloignement du réseau électrique avec l'arrivée des groupes électrogènes ne devient plus un obstacle à l'utilisation des appareils électriques.
Générateur à gaz
Ce générateur utilise du gaz comme combustible. Le processus de combustion génère de l'énergie mécanique qui est ensuite remplacée par du courant électrique. Les avantages de l'utilisation d'un générateur à gaz :
- Sans danger pour l'environnement car le gaz n'émet pas d'éléments nocifs, de suie ou de produits de décomposition toxiques lorsqu'il brûle ;
- Il est économiquement très avantageux de brûler du gaz bon marché. Par rapport à l'essence, il est considérablement moins cher ;
- Le carburant est alimenté automatiquement. L'essence et le diesel doivent être rechargés selon les besoins, tandis que le générateur à gaz est généralement relié à l'alimentation en gaz ;
- Automatics fait fonctionner l'appareil tout seul, mais il doit être placé dans une pièce chaude pour cela.
Générateur diesel
Cette catégorie comprend principalement des unités monophasées d'une capacité de 5 kW. 220 volts et une fréquence de 50 Hz sont la norme pour les appareils ménagers, le groupe diesel s'accommodera donc très bien de la charge standard. Comme vous pouvez le deviner, il faut du carburant diesel. Pourquoi opter pour un générateur diesel :
- Le prix relativement bas du carburant ;
- Automatique permettant au générateur de démarrer automatiquement en cas de panne de courant ;
- Niveau élevé de sécurité incendie ;
- L'unité à moteur diesel est capable de fonctionner pendant une longue période sans défaillance ;
- Une durabilité impressionnante - certains modèles sont capables de fonctionner au total 4 ans en continu.
Générateur à essence
Ces unités sont très demandées comme équipement domestique. Malgré le fait que l'essence soit plus chère que le gaz et le diesel, ces générateurs ont de nombreux atouts :
- Petites dimensions et grande puissance ;
- Convivialité : la plupart des modèles peuvent être démarrés manuellement, et les générateurs plus puissants sont équipés d'un démarreur. La tension est réglée pour une charge particulière au moyen d'une vis spéciale ;
- Protection automatique en cas de surcharge ;
- Facile à entretenir et à réparer ;
- Ils ne font pas beaucoup de bruit pendant leur fonctionnement ;
- Peut être utilisé à l'intérieur comme à l'extérieur, mais doit être protégé de l'humidité.
Principales applications
Les spécifications de l'alternateur sont déterminées en fonction de l'endroit où il est utilisé. Les générateurs sont essentiellement classés en fonction de leur domaine d'utilisation et déterminent ainsi leurs performances. Ils répartissent les générateurs dans les catégories suivantes en fonction de leur utilisation :
- Ménage. Ils possèdent une puissance de 0,7 à 25 kW. En général, cette catégorie comprend les générateurs à essence et diesel. Utilisé pour l'alimentation des appareils ménagers et des petits équipements électriques, très souvent sur les chantiers de construction. Ils peuvent également être utilisés comme source d'énergie portable lors de déplacements à l'extérieur ;
- Professionnel. Peut être utilisé comme source permanente d'électricité dans les institutions municipales et les petites installations industrielles. Sa capacité ne dépasse pas 100 kW ;
- Industriel. Peut être utilisé dans les grandes usines et les usines, où des équipements de grande puissance sont nécessaires. Ces unités ont une puissance supérieure à 100 kW, ont de grandes dimensions et sont difficiles à entretenir pour une personne non formée.
