Machine rotative de courant alternatif

Un alternateur est une machine rotative qui convertit l'énergie mécanique fournie par un moteur (turbine, diesel, éolienne...) en énergie électrique à courant alternatif.

Plus de 95 % de l’énergie électrique est produite par des alternateurs synchrones : machines électromécaniques fournissant des tensions de fréquences proportionnelles à leur vitesse de rotation Ces machines sont moins coûteuses et ont un meilleur rendement que les machines à courant continu (dynamos) qui délivrent des tensions continues (95 % au lieu de 85 %).

Les machines asynchrones en fonctionnement hypersynchrone (fréquence de rotation supérieur à la fréquence de synchronisme) fournissent également de l'énergie au réseau alternatif auquel elle sont connectées. Elles sont de plus en plus utilisées en génératrice grâce au progrès récent de l'électronique de puissance

Principe de l'alternateur synchrone

Les machines étant toutes réversibles, on se reportera à l'article machine synchrone

Cette machine est constituée d'un rotor (partie tournante) et d'un stator (partie fixe).

• Le rotor est l' inducteur.
  • Il peut être un aimant permanent, la régulation de la tension de sortie sera effectuée en régulant la vitesse de rotation de l'alternateur (mais la fréquence du courant variera également). C'est le principe de la dynamo de vélo qui est en fait un petit alternateur.
  • Plus couramment un électroaimant assure l'induction. Ce bobinage est alimenté en courant continu, soit à l'aide d'une double bague avec balais ammenant une source extérieure, soit par un excitateur à diodes tournantes et sans balais. Un système de régulation permet l'ajustement de la tension et de la phase du courant produit.
• Le stator est l'induit. Il est constitué d'enroulements qui vont être le siège de courant électrique alternatif induit par le champ magnétique en mouvement de l'inducteur.

Différents types d'alternateurs

• Dans les alternateurs industriels, l'induit est constitué de trois enroulements disposés à 120° qui fournissent un système de courants alternatifs triphasés.
  • Dans les centrales électriques thermiques (nucléaires ou classiques), une turbine à vapeur ou une turbine à gaz tournant à grande vitesse est couplée à un turboalternateur. Ce type de générateur tourne généralement à 1500 tours/minute (rotor à 4 pôles) ou à 3000 tours/minute (rotor à deux pôles), pour les réseaux de distribution à 50 Hz. La puissance électrique fournie par un des turboalternateurs d'une centrale nucléaire dépasse 1 gigawatt.
  • Les centrales hydrauliques, dont les turbines tournent plus lentement, ont des rotors comportant un nombre important de pôles (14, 16 pôles). L'axe de rotation de l'arbre peut être vertical ou horizontal et le diamètre de cet arbre est grand.
  • Les gros groupes électrogènes utilisent généralement un moteur diesel lent. Dans ce cas, le rotor de l'alternateur ressemble beaucoup à celui d'un alternateur 'hydraulique', avec un nombre élevé de pôles, un grand diamètre et un grand moment d'inertie absorbant les variations de vitesse de rotation de l'arbre du moteur diesel.

• Dans les alternateurs domestiques (groupe électrogène monophasé), l'induit est constitué d'un seul enroulement.

• Les alternateurs embarqués (véhicule automobile) sont des alternateurs triphasés munis d'un système (diodes) de redressement, qui permet d'obtenir un courant continu sous une tension d'environ 14 volts pour recharger une batterie fournissant l'énergie électrique lorsque le moteur du véhicule est à l'arrêt.

See also: Générateur électrique, 1970, Accumulateur, Aimant, Ampère, Automobile, Batterie, Centrale électrique, Champ magnétique