Commande électrique des machines : Générateur élémentaire

Générateur élémentaire

La figure 1-3 nous montre la tension générée par une bobine se déplaçant sur un axe. La tension est maximum lorsque la bobine est perpendiculaire par rapport au champ magnétique et est nulle lorsque la bobine est parallèle à ce même champ. Le sens du courant induit peut être déterminé par la règle de Flemming.

Génératrice à courant alternatif

Une tension dont la polarité alterne successivement d’une valeur positive à une valeur négative est appelée tension alternative. Nous appelons les machines qui génèrent ces tensions des alternateurs ou des génératrices à courant alternatif. Dans les alternateurs de puissance, utilisés dans les centrales électriques, ce sont les pôles qui toursnent, tandis que les bobines sont fixes.

Génératrice à courant continu

Pour redresser la composante alternative, on utilise un collecteur (figure 1-4). Ce collecteur, dans sa forme la plus simple, est constitué de deux bagues isolées l’une par rapport à l’autre. En appliquant la règle de Flemming, on s’aperçoit que la polarité du balai inférieur est toujours positive et celle du balai supérieur, toujours négative.
Le courant prélevé d’une génératrice à collecteur est un courant alternatif redressé pleine onde. Si on rajoute des bobines, cela a pour effet d’augmenter le niveau moyen de la tension générée.

Construction d’une machine à courant continu

La figure suivante nous montre une vue en coupe d’une machine à courant continu.

La culasse

La culasse est l’organe qui canalise et complète le circuit du flux magnétique qui va des pôles inducteurs à l’induit. La culasse est généralement en fonte d’acier, tandis que les pièces polaires sont formées de tôles d’acier doux.
L’inducteur L’inducteur est la partie produisant le champ magnétique dans la machine. Il est constitué d’un électro-aimant qui engendre la force magnétomotrice nécessaire à la production du flux. Dans les machines bipolaires (à deux pôles), les bobines sont portées par deux pièces polaires et le circuit magnétique est complété par la culasse. Les bobines excitatrices sont alimentées en courant continu, et le courant qui les traverse porte le nom de courant d’excitation.

L’induit

L’induit constitue l’ensemble des conducteurs qui coupent le champ magétique. Ces conducteurs sont intercalés dans les encoches d’un noyau magnétique, formé d’un assemblage de tôles en fer doux. (figure 1-6)
Les conducteurs de l’induit sont isolés du noyau par un isolant en mica. Pour résister à la force centrifuge, ils sont maintenus solidement en place dans les encoches, au moyen de cales en fibre. Lorsque le courant est faible, on emploie des conducteurs ronds, mais s’il dépasse une cinquantaine d’ampères, on se sert de conducteurs rectangulaires qui permettent un meilleure utilisation du volume de l’encoche.

Collecteur et balais

Le collecteur est formé de lames (segments) de cuivre isolées les unes des autres par des feuilles de mica. Les conducteurs de l’induit sont reliés aux lames de cuivre. La construction du collecteur exige un soin considérable pour éviter des étincelles qui pourrait endommager le collecteur lui-même ainsi que les balais (ou brosses) qui frottent sur le collecteur.
Les balais sont faits de carbone, ce matériau possède une bonne conductivité thermique ainsi qu’un bonne conductivité électrique. le carbone est assez doux pour ne pas user le collecteur. La pression des balais sur le collecteur est réglée à une valeur appropriée par l’intermédiaire de ressorts ajustables. Si la pression est trop grande, le frottement provoque un échauffement excessif du collecteur et des balais. Si la pression est trop faible cela peut produire des étincelles qui peuvent endommager le collecteur.