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alternateur

(de alterner)

Alternateur
Alternateur

Générateur destiné à produire des tensions et des courants alternatifs.

ÉLECTRICITÉ

Principe de fonctionnement

L'alternateur comporte en général :
– un inducteur mobile ou rotor, formé de noyaux polaires entourés de bobines alimentées par un courant continu d'excitation, fourni généralement par une dynamo auxiliaire ;
– un induit fixe ou stator, qui est un anneau portant un, deux ou trois enroulements suivant que l'alternateur est monophasé, diphasé ou triphasé.

Le rotor, en tournant, induit dans l'enroulement du stator un courant alternatif, dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation, et la valeur au courant d'excitation.

Types d’alternateurs

Les alternateurs des réseaux sont de deux types. Dans les centrales hydroélectriques, des turbines Pelton, Francis ou Kaplan entraînent, à des vitesses variant entre 1 000 et 75 tr/min, des alternateurs à pôles saillants, dont le rotor est constitué d'un volant d'acier sur lequel sont clavetés des noyaux polaires, en nombre pair, portant des bobines inductrices et dont le stator est une couronne de grand diamètre de 1 à 3 m de hauteur, constituée par un empilage de tôles magnétiques.

Dans les centrales thermiques ou nucléaires, des turbines à vapeur ou à gaz entraînent, à grande vitesse (3 000 ou 1 500 tr/min, en France), des turboalternateurs ou alternateurs à pôles lisses, dont le rotor est une pièce de forge massive, de diamètre limité à 1,20 m, portant dans des encoches un enroulement à bobines concentriques, distribué de façon à constituer 2 ou 4 pôles et dont le stator a une structure feuilletée, comparable à celle du stator des alternateurs à pôles saillants.

Par ailleurs, des alternateurs de petite taille, légers et puissants, sont également utilisés sur les véhicules automobiles.

Alternateur et courant alternatif

Si la différence de potentiel aux bornes d'un circuit n'est pas constante et varie avec le temps, l'intensité du courant varie également. Parmi tous les courants variables, le courant alternatif sinusoïdal (ou, plus brièvement, courant alternatif) est le plus important : d'un point de vue théorique d'abord, car tout courant périodique (qui reprend périodiquement la même valeur) peut être considéré comme une somme de courants sinusoïdaux ; d'un point de vue pratique ensuite, car le courant fourni par les alternateurs et les dynamos est un courant sinusoïdal. La valeur instantanée de l'intensité i d'un tel courant s'exprime sous la forme : i = Imax sin 2π ft.

La valeur de l'intensité i varie avec le temps t entre les deux valeurs maximales − Imax et + Imax. La lettre f représente la fréquence du courant, ou nombre de périodes par seconde. En France, la fréquence du courant domestique est de 50 Hz, soit 50 périodes par seconde ; aux États-Unis, elle est de 60 Hz.

On définit la valeur efficace d'un courant variable comme la valeur du courant continu qui produirait le même effet Joule. Dans le cas des courants alternatifs sinusoïdaux, on montre que :
Ueff = Umax/√2
et de même :
Ieff = Imax/√2

Les lois du courant continu, en particulier celle d'Ohm (U = RI) et celle de Joule (U = RI2), s'appliquent aux valeurs instantanées du courant alternatif. Cependant, lorsque le circuit ne comporte que des résistances, les lois restent valables pour les valeurs efficaces. Ainsi, pour le consommateur d'électricité, la puissance consommée est égale à la tension (exprimée en volts) multipliée par l'intensité (exprimée en ampères), soit : P = UI. Elle est aussi égale à la résistance (exprimée en ohms) multipliée par l'intensité au carré, soit : U = RI2.

Pour des circuits qui comportent également des bobines (par exemple les appareils hi-fi), la résistance ne suffit plus à caractériser le circuit et il faut faire intervenir une autre grandeur : l'impédance.

L'industrie utilise un courant triphasé, système de trois courants alternatifs de même fréquence et de mêmes valeurs maximales, mais décalés (« déphasés ») les uns par rapport aux autres d'un tiers de période.