Un générateur de courant alternatif est un appareil qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique alternative pour une utilisation appropriée. En fonction du type d'entrée d'alimentation, il existe deux types de générateurs - générateur CA et Générateur DC . Les bagues collectrices sont utilisées dans les générateurs CA pour produire du courant alternatif, tandis que le courant continu est utilisé dans les générateurs CC. Les générateurs AC sont utilisés dans les centrales électriques, les scooters électriques, les voiliers, les vélos, etc.L'entrée des générateurs CA est généralement de l'énergie mécanique fournie par des turbines à vapeur et à gaz et des moteurs à combustion interne. Les générateurs de courant alternatif sont utiles dans les éoliennes, les petites centrales hydroélectriques ou dans la diminution des flux de gaz de pression plus élevée en pression plus basse.
Qu'est-ce que AC Generator?
Définition: Le générateur AC est une machine qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique sous forme de force électromagnétique alternative. Un simple générateur de courant alternatif fonctionne sur le principe de la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique. Il a une bobine de fil qui tourne dans un champ magnétique.
Principe de fonctionnement
Principe de fonctionnement du générateur AC est, ceux-ci sont communément appelés alternateurs qui fonctionnent sur le principe de la loi de Faraday de Induction électromagnétique . Le mouvement d'un conducteur dans un champ magnétique uniforme modifie le flux magnétique lié à la bobine, induisant ainsi une force électromotrice.
Générateur AC simple
Le parties du générateur AC se compose d'une bobine, de bagues collectrices, de brosses et d'un champ magnétique puissant comme composants principaux.
Fonctionnement du générateur AC
La bobine tourne dans le champ magnétique pour produire un champ magnétique puissant. Lorsque la bobine d'un côté monte à travers le champ magnétique, une force électromotrice est induite dans une direction. Alors que la rotation de la bobine se poursuit et que ce côté d'une bobine se déplace vers le bas et qu'un autre côté de la bobine se déplace vers le haut, une force électromotrice est induite dans le sens inverse. La règle de la main droite de Fleming est utilisée pour déterminer la direction de la force électromotrice induite. Ce processus se répète pour chaque cycle et la force électromotrice produite est de type alterné.
Différentes positions d'une bobine
La sortie d'un générateur CA est indiquée ci-dessus avec un graphique.
- A - Lorsque la bobine est à 0 degré, la bobine se déplace parallèlement à la direction du champ magnétique et n'induit donc pas de force électromotrice.
- B - Lorsque la bobine est à 90 degrés, la bobine se déplace à 90 ° par rapport au champ magnétique et induit donc une force électromotrice maximale.
- C - Lorsque la bobine est à 180 degrés, la bobine se déplace à nouveau parallèlement au champ magnétique et n'induit donc pas de force électromotrice.
- D - Lorsque la bobine est à 270 degrés, la bobine se déplace à nouveau à 90 ° du champ magnétique et induit donc une force électromotrice maximale. Ici, la force électromotrice induite est opposée à celle de B.
- A - Lorsque la bobine est à 360 degrés, la bobine a effectué une rotation et elle se déplace parallèlement au champ magnétique et induit une force électromotrice nulle.
Considérons une bobine de forme rectangulaire avec «N» spires qui tourne dans un champ magnétique uniforme «B» d’une vitesse angulaire «ω». L’angle entre le champ magnétique «B» et la normale à la bobine à tout instant «t» est donné par, θ = ωt.
Dans cette position, le flux magnétique est perpendiculaire au plan d'une bobine et est donné par B Cos ωt.
Le flux magnétique lié à une bobine de N spires est ɸ = B Cos ωt A, où A est l'aire d'une bobine.
La force électromotrice induite dans la bobine est donnée par les lois de Faraday sur l'induction électromagnétique, qui est
ε = - dØ / dt
= - d (NBA Cos ωt) / dt
ε = NBA ω | sin ωt —— (i)
Lorsque la bobine tourne de 90 °, la valeur du sinus devient 1 et la force électromotrice induite sera maximale, l'équation ci-dessus (i) se réduit à,
ε0 = N Bm A ω = N Bm A 2πf ——- (ii)
Où Bm se réfère à la densité de flux maximale en Wb / m2
«A» fait référence à la surface d’une bobine en m2
«F» = fréquence de rotation d’une bobine en tours / seconde.
Remplaçant (ii) dans (i),
ε = ε0 sin ωt
Le courant alternatif induit est donné par, I = ε / R = ε0 sin ωt / R
Construction d'un générateur AC
Le générateur de courant alternatif simple comprend deux parties principales: le rotor et le stator. Le rotor est un composant rotatif et la partie fixe d'une machine est un stator.
Stator
Le stator est un composant fixe qui maintient efficacement l'enroulement d'induit. Le but de l'enroulement d'induit est de transporter le courant vers la charge et la charge peut être n'importe quel équipement externe qui consomme de l'énergie électrique. Il se compose de trois parties principales:
- Châssis de stator - C'est un cadre extérieur qui est utilisé pour contenir le noyau du stator ainsi que les enroulements d'induit.
- Noyau du stator - Il est laminé avec de l'acier ou du fer pour réduire les pertes par courants de Foucault. Des fentes sont faites sur la partie intérieure d'un noyau pour maintenir les enroulements d'induit.
- Enroulements d'induit - Les enroulements d'armature sont enroulés sur les fentes du noyau d'armature.
Rotor
Le rotor est une partie rotative d'un générateur de courant alternatif. Il se compose d'enroulements de champ magnétique. L'alimentation CC est utilisée pour magnétiser les pôles magnétiques. Chaque extrémité des enroulements de champ magnétique est attachée à des bagues collectrices. Cette combinaison est reliée à un arbre commun sur lequel tourne le rotor. Les deux types de rotor sont le rotor à pôles saillants et le rotor à pôles cylindriques.
Rotor de pôle saillant
Le type de rotor à pôles saillants est illustré dans la figure ci-dessous. Dans ce type de rotor, le nombre de pôles est projeté, connu sous le nom de pôles saillants avec leurs bases épinglées au rotor peut être observé. Ils sont utilisés dans les applications à faible et moyenne vitesse.
Rotor de pôle saillant
Rotor à pôles cylindriques
Les rotors de type cylindrique sont constitués d'un cylindre robuste et sans bourre avec des fentes disposées sur la surface extérieure d'un cylindre. Il est utilisé dans les applications à grande vitesse. Le schéma du rotor polaire cylindrique est illustré ci-dessous.
Rotor cylindrique
Types de générateur AC
Les générateurs CA sont de deux types. Elles sont
Générateurs asynchrones
Les générateurs asynchrones sont également appelés générateurs à induction. Dans ce type de générateur, le glissement aide le rotor à tourner. Le rotor tente toujours de faire correspondre la vitesse synchrone d'un stator mais échoue. Si le rotor correspond à la vitesse synchrone d'un stator, la vitesse relative devient nulle et, par conséquent, le rotor ne subit aucun couple. Ils conviennent pour faire fonctionner des éoliennes.
Générateurs synchrones
Le générateur synchrone est un type de générateur AC qui tourne à une vitesse synchrone. Il fonctionne sur le principe de la loi de Faraday de l’induction électromagnétique - une force électromotrice est induite lorsqu'une bobine tourne à un champ magnétique uniforme. Ils sont principalement utilisés dans les centrales électriques pour générer des tensions élevées.
Applications
Le applications du générateur de courant alternatif comprennent principalement la production d'énergie à partir d'éoliennes, de barrages hydroélectriques et bien d'autres.
FAQ
1). Quelle est la différence entre le générateur CA et le générateur CC?
Dans le générateur AC, le courant électrique inverse périodiquement sa direction pour devenir un courant alternatif. Dans le générateur DC, le courant électrique circule dans une seule direction.
2). Les alternateurs de voiture ont-ils AC ou DC?
Principalement, le courant alternatif est généré dans l'armature rotative et utilise un commutateur et des balais pour se convertir en courant continu.
3). Le générateur AC fonctionne sur quel principe?
Il fonctionne sur le principe des lois de Faraday sur l’induction électromagnétique.
4). Nommez les types de générateurs AC.
Générateurs CA synchrones et asynchrones
5). Les batteries sont-elles CA ou CC?
Les batteries sont CC car elles ne conduisent le courant que dans un seul sens.
Dans cet article, nous avons discuté de l'AC générateur et son principe de fonctionnement . Le lecteur peut obtenir des informations sur le générateur CA, les types, la construction et les applications. Voici une question pour vous, quelle est la fonction du générateur AC?
