REVIZ.fr – Production et transport d'énergie

Niveau : première
Matière : physique (conservation de l’énergie)

Pour qu’une tension apparaisse aux bornes de l’induit, il faut un déplacement relatif de l’induit et de l’inducteur ; la partie immobile est appelée le stator et la partie mobile constitue le rotor.
Prenons l’exemple d’un aimant qui tourne à côté d’un circuit électrique. Une tension apparaît aux bornes de la bobine.

Principe de l’alternateur multipolaire

Par exemple, la dynamo que l’on trouve sur certaines bicyclettes (pour alimenter les feux de signalisation) est un alternateur multipolaire. L’aimant possède plusieurs paires de pôles (Nord et Sud). Ces paires sont alternées, d’où le nom d’alternateur multipolaire.

Si p est le nombre de paires de pôles, la fréquence f du courant alternatif produit est

f = p n = p

où n est la vitesse de rotation en tours/secondes.

Remarques :

  • il apparaît une tension alternative, mais non sinusoïdale !
  • pour obtenir la fréquence f souhaitée, il suffit d’ajuster p et n

Il existe d’autres types d’alternateurs

Dans les alternateurs industriels, les aimants (rotor) sont remplacés par des électro-aimants .

Un électro-aimant est une bobine constituée de fils enroulés sur du fer doux (= fer pur). Le fer doux se comporte comme un aimant permanent puissant uniquement lorsqu’un courant traverse le bobinage.

Tous les transformateurs possèdent 2 bornes d’entrée (les extrémités de l’enroulement primaire) et 2 bornes de sortie (extrémités de l’enroulement secondaire).
Un transformateur utilise le phénomène d’induction électro-magnétique.

Pour amplifier le phénomène, les deux bobines possèdent un noyau de fer doux.

Principe de fonctionnement d’un transformateur

Un transformateur ne fonctionne pas en courant continu.

La tension de sortie à vide U20 et la tension d’entrée U1 ont la même fréquence. On a la relation :

= = m

m s’appelle le rapport de transformation.
En charge, le rapport reste proche de m.
Pour un transformateur idéal, on aurait la relation m = =

Puissance et rendement

Le rendement d’un transformateur est :

= =

Dans le cas d’un transformateur industriel, le rendement atteint 95%.

Utilisation

Tout dépend du rapport m.
Si n2 > n1 alors U2 > U1 : m > 1 et le transformateur est élévateur de tension.
Si n2 < n1 alors U2 < U1 : m < 1 et le transformateur est abaisseur de tension.

Sachant que la puissance à l’entrée de la ligne est P = U I cos , on déduit que :

I =

Or, les pertes en ligne (dûes à l’effet Joule) sont égales à R I2 soit .

Comment limiter les pertes ?

D’après la formule qui donne les pertes par effet Joule, on peut diminuer ces pertes en :

  • augmentant U, c’est-à-dire transporter le courant en THT (Très Haute Tension), HT (Haute), MT (Moyenne) ou BT (Basse)
  • augmentant cos : dans l’industrie, cos atteint 0,928
  • en rendant R (la résistance du circuit) le plus faible possible
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