GÉNÉRATRICE A COURANT CONTINU

Les machines électriques tournantes sont des convertisseurs d'énergie. Lorsqu'elles transforment de l'énergie électrique en énergie mécanique, on dit qu'elles fonctionnent en moteur. En revanche, si elles transforment l'énergie mécanique apportée par une autre machine en énergie électrique, on dit qu'elles fonctionnent en génératrice.

La machine à courant continu est une machine électrique tournante qui fonctionne, comme son nom l'indique, à partir de tensions et de courants continus.

Les moteurs et les générateurs (dynamos) à courant continu furent les premières machines électriques utilisées par les ingénieurs au milieu du 19^ième siècle pour produire de la puissance motrice en usine ou en transport (les tramways).

Édison éclaira New York au moyen du courant continu, alors que Westinghouse proposait le courant alternatif vers le dernier quart du siècle en cause.

Les inventions du transformateur et du moteur asynchrone polyphasé permirent le développement des grands réseaux d'énergie alternative, mais le moteur à courant continu demeura la machine par excellence pour les applications demandant un contrôle de vitesse jusqu'à tout récemment.

A/ Constitution :

Une machine à courant continu est constituée principalement :

• d’un Stator sur lequel est placé l’inducteur 4. L’inducteur consiste en un ensemble d’électroaimant (ou aimants permanents) alternativement Nord et Sud dont les bobines sont parcourues par un courant continu. Le rôle de l’inducteur est de créer le champ magnétique.
• et d’un Rotor ou Induit qui contient des conducteurs logés dans des encoches. Le collecteur 3 et les balais 5 permettent l’alimentation électrique de l’induit. C’est au niveau de l’induit que se produit l’induction électromagnétique.

1/ Le stator (Inducteur) :

Il est constitué par :

O La culasse ou la carcasse : C’est un anneau en acier portant intérieurement les pôle et aux extrémités les flasques palier au centre desquelles sont fixés les roulements supportant l’arbre du rotor. La culasse ferme le circuit magnétique.

O Les pôles (noyau polaire et épanouissement polaire) : Ils sont feuilletés pour réduire les pertes par courant de Foucault (le stator voit un champ magnétique de réaction d’induit variable : rotor en mouvement).

Les bobines magnétisantes : Elles contiennent le même nombre de spires. Elles sont enroulées autour des pôles et sont traversées par le même courant d’excitation avec un sens de parcours tel que l’on respecte la succession des pôles N-S.

Les pôles inducteurs ont pour rôle de créer le flux inducteur dans la machine. Ce flux est généré soit par des enroulements, soit par des aimants. Ce flux est canalisé dans la machine par des matériaux ferromagnétiques (parties hachurées). Ce flux étant constant dans la partie portant les pôles inducteurs et dans les pôles inducteurs eux-mêmes (hachures ///), le matériau ferromagnétique peut donc être massif. Il est tout de même nécessaire de feuilleter les pôles inducteurs au niveau de l’entrefer, car des variations locales de flux apparaissent du fait des encoches portant les conducteurs d’induit au rotor et des encoches portant les enroulements de compensation au stator. La réluctance n’est donc pas constante tout au long de l’entrefer : elle varie avec la position angulaire du rotor dans le stator, ce qui explique les variations de flux locales. Pour des raisons pratiques, il est possible que le stator soit entièrement feuilleté. Le flux inducteur traverse le rotor avec des lignes de champ fixe (hachures \\\) circulant entre deux pôles inducteurs : ces lignes de champ sont donc fixes par rapport à l’inducteur. Le rotor tournant dans ce flux constant voit donc un champ magnétique variable le traverser : il sera par conséquent feuilleté dans le sens des lignes de champ.

2/ Le rotor (Induit) :

Le rotor constitue la partie tournante de la machine. Il est traversé par le champ magnétique inducteur. Il est composé de tôles magnétiques isolées entre elles.

Feuilletage : L’induit est soumis à un champ d’induction variable (rotor en mouvement) ; il sera donc le siège d pertes fer (par hystérésis et par courants de Foucault). Il est donc réalisé par empilement de tôles d’acier en silice isolées entre elles par du vernis.

Bobinage : Chaque fil s’appelle conducteur. Deux conducteurs forment une spire. Les spires sont groupées par sections. Les deux extrémités d’une section sont soudées à deux lames voisines du collecteur.

Collecteur : Il est formé de lames de cuivre isolées entre elles. A l’arrière de chaque lame se trouve une ailette dans laquelle sont soudées l’entrée d’une section et la sortie de l’autre. L’enroulement du rotor est donc fermé sur lui-même ; il contient autant de lames que de sections.

Balais : Fixés sur la carcasse par le biais de portes balais, ils sont en carbone ou en graphite et frottent sur le collecteur grâce à des ressorts. Ils offrent donc un contact glissant. La densité de courant admise étant faible, souvent on emploie une ligne de balais.