Comment tester un alternateur
industriel moderne par la méthode de
Behn-Héschenburg.
Avertissement :
Pour éviter des confusions entre
U et V, les tensions citées seront celles aux bornes de chaque enroulement. La
lettre représentative sera « U ».
S’il faut travailler entre phase,
l’indication « entre phase » est indiquée !
La présentation du thème s’effectue de manière à ce
que le lecteur aille directement à l’essentiel.
A savoir :
1. C’est quoi un alternateur ? (Bon, de préférence !)
2. Le principe le plus général de la méthode.
3. Que mesurer ?
4. Comment mesurer, pratiquement et dans l’ordre.
5. Calculs communs aux méthodes vectorielle et algébrique.
6. Exemple de calcul de U = f( Ev, I, j), par la méthode vectorielle.
7. Exemple de calcul de Ev = f(U, I, j), par la méthode vectorielle.
8. Principe et démonstration complète de la détermination de U = f( Ev, I, j) ou de Ev = f(U, I, j), par la méthode algébrique.
9. Exemple de calcul de U = f(Ev, I, j), par la méthode algébrique.
10. Exemple de calcul de Ev = f(U, I, j), par la méthode algébrique.
11. Principe du calcul du rendement d’un alternateur.
12. Un apport de formules et de théorie.
13.
Avoir le tracé de U = f (Ev,
I débitée et du déphasage), ainsi que le rendement d’un alternateur industriel.
Vous avez fait des mesures et vous voulez tester
le fichier de calculs « Excell » (Ouvrez au préalable le logiciel « Excell »
14.
Une animation du cours en format .pps, est disponible, et vous voulez la voir parce qu c’est plus parlant. (Ouvrez au
préalable le logiciel « Power point»
15. Conclusion
I. Tout d'abord, c'est quoi un alternateur ?
ü
Un alternateur est un générateur qui fournit de l’énergie
électrique. L’énergie fournie est alternative et sinusoïdale. Le courant fourni
est triphasé.
ü
Un alternateur moderne possède ce que l’on appelle une roue
polaire. C’est la partie qui fournit l’induction magnétique nécessaire pour la
génération des courants alternatifs. Elle peut être aussi nommée
« inducteur ». La roue polaire se trouve sur l’axe de l’alternatif est de ce fait mobile en rotation. (rotor)
ü
Cela peut paraître paradoxal, mais pour produire de
l’alternatif, il faut que l’inducteur soit alimenté avec du courant continu. La variation des flux magnétiques
nécessaire à l’induction des forces électromotrices provient de la rotation des
inducteurs.
ü
L’alimentation des inducteurs en courant continu, se fait par
une dynamo d’excitation couplée généralement sur le même arbre. Pour les
alternateurs modernes, l’aspect est homogène. La dynamo excitatrice est incluse
dans le châssis de l’ensemble.
ü
La plupart des alternateurs sont triphasés. La fourniture des forces
électromotrices se fait par des enroulements montés en étoile sur la partie fixe de
l’alternateur (stator) L’ensemble réalise l’induit.
ü
Le niveau des grandeurs électriques générées, est adapté à une
situation précise, ou la vitesse de rotation est primordiale,
ü
Il est possible de faire des réglages d’ajustements pour le flux magnétique des inducteurs, mais la vitesse de
rotation doit être la plus stable possible.
ü
Un alternateur est prévu pour fournir une puissance nominale donnée.
ü
Avec une tension par enroulement et une fréquence qui doivent être les plus fixes possible.
II. Que doit faire un bon alternateur ?
Un alternateur doit fournir, par
enroulement,, une puissance, dont les composantes, U et
I, constitueront un ensemble nominal, fixe et connu.
Conséquences de non-respect :
ü
La tension va s'écrouler, si on lui demande trop intensité.
ü
Le niveau de tensions secondaires ne sera pas adapté aux récepteurs
raccordés.
ü
L’alternateur va chauffer, les isolants risquent de fondre.
Un alternateur absorbe de la
puissance sous forme mécanique et en rotation, par son arbre. Il doit
transmettre cette puissance avec un minimum de pertes. Ces pertes ne donnent
pas excéder 2%.
Conséquences de non-respect :
ü
La tension va s'écrouler, de plus en plus, même si aucun courant
n'est demandé.
ü
Les frottements vont augmenter jusqu’au point de rupture des pièces
mécaniques.
ü
La chaleur produite, va faire chuter le niveau du champ magnétique présent,
à l'intérieur des alternateurs. Ceci va entraîner une baisse des tensions
produites par enroulement.
Les isolants présents dans
l’alternateur doivent supporter une tension de claquage, au moins égale à la
somme des tensions maxima les plus fortes rencontrées.
Conséquence de non-respect :
ü
Les isolants risquent de se détériorer, des étincelles vont
apparaître.
ü
Des fuites vers la terre, vont se produire.
ü
Il y aura un risque majeur de court-circuit entre enroulement. Ceci
entraînera la destruction totale.
Les conducteurs de chaque
enroulement, doivent supporter au minimum, les courants nominaux prévus dans le
cahier des charges. Une surcharge temporaire et brève doit être supportée, et
fournie.
Conséquence de non-respect :
ü
Tous les conducteurs, vont chauffer.
ü
La chaleur produite, va faire chuter le niveau du champ magnétique
présent, à l'intérieur de l’alternateur. Ceci va entraîner une chute des
niveaux de tension. Les isolants risquent de fondre.
Le circuit magnétique
constituant l’alternateur, ne doit pas saturer, si une sur tension, égale ou
supérieure à la plage des tensions accordées par EDF, se présente. (± 10 %)
Conséquence de non-respect :
ü
Si l'on passe le cap de la saturation, il ne sera plus possible
d’ajuster le niveau des fems.
ü
L’intensité produite par la génératrice d’excitation risque d’être
excessive et d’occasionner une baisse du rendement.
Les vibrations mécaniques
doivent être contenues, dans le cadre d'une utilisation normale.
Conséquence de non-respect :
ü
Toute vibration excessive va entraîner une dépense d'énergie.
ü
Une gêne sonore sera imposée au voisinage.
ü
Le rendement va chuter.
En cas de court-circuit accidentel, le serrage des pièces
amovibles doit être respectueux des normes en vigueur.
Conséquence de non-respect :
ü
Les conducteurs arrivant, ou sortant de l’alternateur, risquent de
s'arracher.
ü
Des masses métalliques seront projetées.
ü
Des arcs électriques destructeurs, se produiront.
ü
L’alternateur tout entier risque d'éclater.
Tout alternateur ne présentant pas, une, ou, plusieurs des qualités
demandées, risque de se détruire !
Immédiatement, ou de manière différée.
La destruction de
l’alternateur risque d’entraîner à la fois :
·
La
destruction du réseau électrique et de tout ce qui est connecté en aval.
·
La
destruction des éléments de l’entraînement mécaniques en amont de
l’alternateur.
Recherche des caractéristiques électriques
d’un alternateur industriel, par l’hypothèse de Behn-Héschenburg.
I. Remarques primordiales :
L’alternateur est considéré
comme une suite d’enroulements, réalisant chacun une paire : générateur
électrique parfait, associé avec une impédance en série.
Les caractéristiques ne sont pas mesurées in-situ, mais estimées.
L’estimation
peut permettre de connaître avec précision :
ü Le comportement de la (des) tension de l’alternateur, en fonction de l’intensité débitée et du déphasage.
U = f ( I, j )
ü La variation du rendement, en fonction de l’intensité
débitée et du déphasage.
h = f ( I, j )
Les
estimations sont faites à la suite de mesures spécifiques à la méthode et
effectuées en……
Court-circuit !!!!
Pour éviter les craintes légitimes de destructions, il convient de travailler à très faible tension.
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