Alternateur

“ Dans un alternateur ces efforts sont exercés entre têtes de bobines de la même phase et entre celles de phases différentes ; ils existent même entre les Parties frontales de l'induit et de l'inducteur. Ces efforts varient avec le carré du courant ; ils sont très faibles en marche normale, mais prennent en court-circuit brusque des valeurs très élevées, et ont souvent conduit à la déformation complète des têtes de bobines et à la destruction de l'enroulement. ”

“ Comme pour le couplage, cette manoeuvre se fait du tableau, par action à distance sur le contre-poids du régulateur. Pour charger un alternateur on procède donc de la façon suivante : on agit légèrement sur le régulateur pour faire prendre une certaine charge à l'alternateur ; celui-ci, se trouvant de ce fait insuffisamment excité, il y a lieu d'augmenter en même temps son excitation. On continue de cette façon jusqu'au moment où la machine débite la charge voulue, en réglant l'excitation pour qu'elle fonctionne au facteur de puissance du réseau. ”

“ Actuellement, on préfère constituer le volant par l'inducteur lui-même. On a, dans ce cas, un ensemble moins encombrant, une construction plus économique, et les effets de torsion assez considérables qui se produisent entre le volant et l'alternateur, lorsque ceux-ci sont indépendants l'un de l'autre, ne sont pas à craindre.
Les alternateurs à vitesse lente doivent avoir un grand diamètre pour avoir un grand moment d'inertie.
L'inducteur, qui est plus massif que l'induit, convient parfaitement pour jouer le rôle de volant. ”

“ A chaud, entre enroulement et masse 6° Isolement. — tension alternative de 12000 volts pendant 1 h.
Tension d'essai pour l'excitation : 500 volts.
CHOISIR UN ALTERNATEUR POUR UN USAGE DONNÉ — APPRÉCIER UN ALTERNATEUR DONNÉ
A. — Choix d'un alternateur.
Les machines à pôles alternés ont, pour un poids donné de matière, une puissance plus grande que les machines homopolaires.
Leur courbe de tension est plus régulière, les pertes de flux moins grandes que dans ces dernières machines.
Pour les grandes puissances : alternateurs volants, induit fixe, inducteur mobile. ”

“ Alternateur hétéropolaire à fer tournant et à plusieurs bobines d'excitation.
bobines d'excitation. — Il n'existe généralement pas de modèles industriels de cette catégorie. Il serait cependant aussi possible
d'en créer. Pour s'en convaincre, il suffit d'imaginer un alternateur de Kingdon, dans lequel les bobines de l'inducteur, au lieu de donner des flux toujours de même sens, seraient disposées pour donner des flux alternés (bobines N S) dans les bobines B1 B2... de l'induit. ”

“ On est souvent porté à croire que dans un alternateur, la vitesse angulaire seule détermine le diamètre, par la condition que la vitesse tangentielle doit être la plus grande possible, et que la puissance donne ensuite la largeur. ”

“ Développement d'un induit triphasé.
Avantage principal de cet alternateur. — Les bobines étant séparées les unes des autres, cet alternateur se prête bien à la production directe de la haute tension ; aussi a-t-il été très employé autrefois dans ce but.
Inconvénients principaux. — La force électromotrice induite a une courbe très différente de la sinusoïdale.
Les pôles inducteurs doivent être entièrement feuilletés, car le flux varie beaucoup dans les pôles, suivant qu'ils sont devant les dents ou devant les encoches. L'inducteur est donc moins robuste. ”

“ L'alternateur est commandé au moyen d'une machine motrice, à Tapeur par exemple, ou mieux, d'un moteur électrique dont on connaît le rendement à toutes les charges. (Moteur étalonné.) Le rapport de la puissance fournie par l'alternateur [mesurée au vvattmètre] à la puissance dépensée par la machine motrice, multipliée par son rendement propre, donne le rendement de l'alternateur. ”

“ Étude détaillée de la réaction d'induit dans un alternateur monophasé.
Hypothèse. — Pour faire celle étude d'une manière simple, nous supposerons toujours, comme plus haut, que la f .é.m. d'induction E, le flux inducteur Φi et le courant engendré sont de forme sinusoïdale. Il en sera évidemment de môme pour le flux d'induit. ”

“ La conclusion générale est donc qu'en fonctionnement stable, les ampère-tours induits autres, que les transversaux, sont additifs alors qu'ils sont soustractifs, dans un alternateur 1.
On pourra donc, au moins dans le cas de ce fonctionnement stable, utiliser les caractéristiques Eeff (i) et z (i) de Behn-Eschenburg de la machine à essayer comme alternateur, pour construire le diagramme.
REMARQUE. — Dans la théorie qui précède, on a supposé l'induit non dispersif. La dispersion, qui est réelle, vient modifier quelque peu les phénomènes. ”

“ On peut, dans le même ordre d'idées, et quand les circonstances le permettent, améliorer le facteur de puissance de l'alternateur en faisant travailler un moteur synchrone en parallèle avec les récepteurs. ”

“ Avant d'aborder l'étude des phénomènes qui ont lieu lors de la marche en parallèle, examinons encore comment il faut procéder pour la mise en charge d'un alternateur qui vient d'être couplé sur un réseau.
Pour les machines à courant continu le procédé est très simple ; après le couplage il suffit d'augmenter l'excitation de la machine pour lui faire prendre la charge. Lorsque l'on opère de la même façon pour les alternateurs, on arrive aussi à les charger, mais seulement en puissance réactive, car rien n'oblige la machine à fournir de la puis¬
sance active. ”

“ Sur le même graphique, traçons la courbe dont les ordonnées ont pour valeur (fig. 311) :
Eeff
Ieff cc
1. Cette identité de forme résulte de la proportionnalité à vitesse constante de la f. é. m. au flux qui l'engendre.
Cette courbe a, en général, la forme ci-dessous : z (i) . Elle représente la variation de l'impédance de l'alternateur en fonction du courant d'excitation.
Reste la détermination de φ, théoriquement indispensable pour l'établissement du diagramme, ou du moins de la partie de celui-ci correspondant à la chute de tension dans l'alternateur. ”

“ En d'autres termes, I circule en sens contraire du courant que tendrait à provoquer la tension alternative U, si, à un moment donné, on fixait sa valeur par l'ordonnée correspondante.
L'alternateur joue donc le rôle de récepteur pendant le temps correspondant au parcours de l'arc o. De A à B, c'est l'inverse : l'alternateur distribue de la puissance au réseau. Il fonctionne réellement comme générateur.
Les mêmes faits se reproduisent dans la seconde demi-période. L'angle φ, écart des deux courbes, s'appelle décalage. ”

“ Avantages des courants polyphasés. — Ils résident surtout dans le meilleur fonctionnement des moteurs. Par contre, nous avons signalé que, pèndant une fraction de la demi-période, une puissance alternative monophasée fournie par un alternateur est négative [générateur travaillant en récepteur] . De même
pendant une fraction de la demi-période, comme nous le verrons, un moteur monophasé travaille en générateur. ”

“ Oscillations dans la marche en parallèle des alternateurs. — Si dans un alternateur ou un moteur synchrone en fonctionnement les couples moteur et résistant étaient à chaque instant égaux, la vitesse serait constante. Cette condition n'est presque jamais réalisée ; dans un moteur, c'est le couple résistant qui varie et à chaque variation correspond une nouvelle valeur du retard des
pôles rotor sur les pôles stator ”

“ Il faudrait, en effet, pour cela, à cause de la saturation de l'inducteur, augmenter beaucoup le courant d'excitation, ce qui souvent n'est pas possible.
C'est là un inconvénient grave, car il arrive souvent qu'on est obligé de faire fonctionner un alternateur à une tension assez supérieure à la tension normale, pour pouvoir compenser un excès imprévu de chute de tension dans les lignes et les transformateurs. ”

“ Dans la classe de l'induit à disque, l'alternateur Mordey,dont on a déjà parlé, peut être considéré comme le type de cette catégorie.
L'inducteur est formé d'une roue en fonte sur laquelle est placée une grande bobine d'excitation ayant pour axe l'arête de l'alternateur. ”

“ Si l'on admet la même densité de courant d'induit dans les deux cas.
Comme pour le monophasé les pertes totales par effet Joule sont plus petites, par suite de la non-utilisation de 1/3 des encoches, on peut admettre une densité de courant un peu plus grande. En réalité, pour les mêmes dimensions, un alternateur monophasé
donne seulement 25 % environ moins de puissance qu'un alternateur triphasé. ”

“ En résumé, pour une vitesse angulaire et une fréquence déterminées, on devra chercher à donner à l'alternateur un diamètre aussi petit que possible, mais ce diamètre pourra être d'autant moins petit que la puissance sera plus grande. ”

“ Comment pourrait-on réaliser une telle transmission d'énergie? En réglant la tension de l'alternateur conformément aux indications de la courbe de la figure 461, région stable, suivant les puissances P transformées, ou grossièrement, suivant la puissance Ueff Ieff cos Φ débitée par celui-ci. ”

“ ALTERNATEUR GANZ-ZYPERNOWSKY A INDUIT POLAIRE
L'inducteur est mobile et l'induit fixe.
L'inducteur et l'induit sont formés de tôles. Dans l'inducteur, les tôles sont estampées en forme de V et entrecroisées ”

“ Malgré cela, cet induit ne dérive pas moins, comme principe, du type dont la forme ordinaire est celle d'un disque, et qui a pour caractéristique principale de n'avoir pas de fer.
ALTERNATEUR MORDEY (1888)
L'induit, qui est fixe, est semblable à celui de l'alternateur Ferranti. L'inducteur, qui est homopolaire, et n'a qu'une seule bobine d'excitation, sera décrit lorsqu'on examinera les différents types d'inducteurs (fig. 69) .
Fig. 67. — Inducteur coupe par un plan perpendiculaire à l'axe. ”

“ Couplage en série ou en parallèle des enroulements. — On montera en série toutes les bobines ou toutes les barres dans un enroulement
enroulement — ou dans chaque phase d'un enroulement polyphasé, — chaque fois que cela est possible, c'est-à-dire lorsque l'intensité devant être débitée par l'alternateur n'est pas trop forte. ”

“ Dans le cas où l'intensité est un peu grande, on est obligé d'employer pour chaque phase plusieurs circuits groupés en parallèle.
Le groupement de plusieurs circuits en parallèle doit être fait avec soin, car il faut que dans tous les circuits la f.é.m. induite suit la même à chaque instant pour éviter des courants de circulation, qui auraient pour principal effet de faire chauffer l'induit et de diminuer le rendement de l'alternateur. ”

“ Pour une puissance donnée P, fournie par ce moteur, un courant Ieff, consommé par lui, correspond à une excitation donnée; Ieff peut être facilement amené en avance de phase par rapport à l'autre courant I'eff alimentant les récepteurs. Il en résulte une amélioration du facteur de puissance du réseau global sur lequel travaille l'alternateur (cosinus du décalage du courant résultant sur la tension) . ”

“ L'inducteur, étant plus lourd et plus massif, peut former volant plus facilement que l'induit.
REMARQUES GÉNÉRALES. — L'étude que l'on vient de faire des principaux types d'alternateurs employés autrefois permet de se rendre compte maintenant de la façon dont s'est modifiée la construction des alternateurs, et de comprendre les raisons qui ont déterminé les constructeurs à adopter le type moderne. ”

“ Le graphique GOA' correspondrait au fonctionnement en générateur, OA' étant la f.é.m. de l'alternateur constitué par le moteur
Fig. 441. — Situations comparées des diagrammes de fonctionnement d'un alternateur générateur et d'un moteur synchrone.
fonctionnant dans ces conditions. Signalons que l'angle de Ueff et
π
de Ieff, courant débité dans ce cas, devrait être aussi plus petit que
2
en valeur absolue. Nous aurons l'occasion d'étudier bientôt tout spécialement cette condition de marche.
1. On représentera toujours par r et l les résistance et self-induction du moteur proprement dit. ”

“ Le fonctionnement en court-circuit est obtenu en courtcircuitant au préalable l'induit et en excitant l'inducteur ensuite ; on évite de procéder de la façon inverse, car lorsque l'on met brusquement en court-circuit un alternateur excité, l'induit se trouve parcouru par un courant très élevé, qui prend après un laps de temps plus ou moins long (de l'ordre de une à plusieurs secondes) la valeur du courant de court-circuit permanent. ”

“ Dans les alternateurs mal amortis, du fait du champ inverse, le courant d'excitation nécessaire pour produire en court-circuit un courant donné dans l'induit est en effet plus élevé que dans une machine bien amortie. ”

“ Une même analogie existe entre un moteur absorbant un courant déphasé en arrière sur la tension U (fig. 124) et un alternateur débitant un courant déphasé en avant sur U.
Dans le cas de la fig. 123, E est plus grand que U : on dit que le moteur est « surexcité » ; dans la fig. 124, E est plus petit que U : on dit alors que le moteur est « sousexcité ». La fig. 123 montre que le moteur surexcité peut fournir au réseau de la puissance réactive ; le moteur se comporte comme une capacité. Dans le cas de la fig. 124, par contre, il absorbe de la puissance réactive et agit comme une self-induction. ”

“ On se donne E'eff, f. é. m. ou excitation, et l'on cherche la tension Ueff du moteur quand Ieff et P sont aussi donnés. Modification du diagramme Ueff (Ieff) quand P est constant et du diagramme Ueff (P) quand Ieff est constant.
C'est là un problème de régulation pour un alternateur commandant un moteur synchrone à excitation constante et fonctionnant à débit ou à puissance constante. ”

“ Alternateur fonctionnant en moteur. Représentation graphique simultanée des courants, induction et couple moteur d'un conducteur d'induit. B Induction dans l'entrefer, I courant à envoyer dans le conducteur pour réalisation d'un couple moteur optimum. ”