Génératrice - Institut Mermoz

GENERATRICE
Un conducteur non alimenté qui coupe les lignes d’un champ magnétique devient le siège d’un force
électromotrice induite (fem).
1
2
Fig 1
A
A’
BB
’
l
Fig 2
vlB
tltvB t
e..
... =
∆
∆
=
∆
∆Φ
=
La valeur de cette fem (notée e) est égale à la valeur absolue de
Considérons l’expérience de la figure 1 ; un conducteur se déplace, sous l’action d’une force
mécanique d’entraînement, de la position 1 à la position 2.
t∆
∆Φ
Ce faisant, il coupe les lignes de champs d’un aimant permanent d’induction B.
La longueur l, comprise entre A et A’ (seule partie du conducteur baignée dans les lignes de force du
champ magnétique), se déplace de A vers B à une vitesse v, balayant alors une surface S = AA’.AB
en un temps t.
Nous pouvons écrire :
Φ= B . S
Φ= B . AA’ . AB avec AA’ = l et AB = v . ∆t
soit ∆Φ = B . v . ∆t . l
on obtient alors
Donc e dépend, outre l’induction B, de la longueur de conducteur coupant les lignes de force
et de la vitesse à laquelle il le fait.

La génératrice est construite à partir de ce principe.
Une partie de la génératrice doit, comme l’aimant, générer Φ et une partie doit, comme le
conducteur, récupérer e.
La partie générant Φ dans notre expérience est un aimant permanent.
Il n’est pas possible par ce moyen de fournir un flux variable et nous allons voir que nous en avons
besoin.
En effet, une génératrice doit alimenter des équipements avions (en termes d’électricité, on les
appellera des charges).
Ces charges supportant assez mal les variations de tension, il faut concevoir une génératrice
fournissant e constant.
En reprenant les équations précédentes, on constate que la longueur du conducteur n’est pas aisément
variable, que v dépend de la vitesse d’entraînement du conducteur et que donc, pour obtenir e
constante, on jouera sur l’induction B.
Comment obtenir B, donc Φ, variable ?
On va pour cela créer le champ magnétique non pas en totalité avec un aimant permanent mais à
l’aide d’une bobine (fil enroulé autour d’un noyau magnétique, un tour de fil étant appelé spire).
Fig 3
N
oyau magnétique et sa fixation sur la carcasse de la génératrice
On devrait se rappeler (si l’on est électricien) que l’induction pour une spire de rayon r est :
(r, rayon de la spire ; le terme N.I est appelé ampères-tour)
rIN
r2.
..10.4 7
µ
−
Π=
B
Φ pour une spire = B.S, pour N spires, Φ = B.S.N
En reprenant l’expression de B pour une bobine (solénoïde) constitué de N spires représentant une
longueur l,
I
S
N
r...10.4 2
7
l
µ
−
Π=Φ
soit très simplement compte tenu des termes constants :
Φ = k . I

Nota :
le coefficient k est le coefficient d’auto-induction noté L.
Il est appelé INDUCTANCE dont l’unité est le Henry et dépend, des caractéristiques physiques de la bobine.et de la
perméabilité relative du milieu.
On écrit donc
Φ = L . I
Nous allons donc pouvoir créer un flux d’intensité variable à l’aide d’une bobine
en faisant varier le courant I parcourant cette bobine.
Dans la génératrice, cette pièce fournissant le flux (donc présentant une induction) est appelée
inducteur.
De part la conception décrite (noyau fixé sur la carcasse, donc statique) la bobine est qualifiée de
stator.
Attention,l’inducteur (donc le générateur de champ magnétique), n’est pas toujours statorique.
En effet, dans l’expérience de la figure 1, le conducteur se déplace dans le champ d’un aimant
immobile (stator), mais on obtiendrait le même résultat en laissant le conducteur immobile et en
déplaçant l’aimant à la même vitesse.
L’inducteur ne serait donc plus statique.
Nous verrons dans l’étude de l’alternateur sans bagues, ni balais, que l’inducteur n’est pas
statorique.
Récupération de la tension induite
Dans l’expérience de la figure 1, la fem induite se développe dans le conducteur coupant les lignes
de champ magnétique.
Un seul conducteur donne une fem très faible, il va donc falloir multiplier les conducteurs et les
associer de telle manière que les fem de chacun s’additionnent afin de donner une fem correcte.
Il faut de plus prévoir un moyen simple de faire se déplacer ces conducteurs dans le champ
magnétique.
La technique retenue est de rassembler les conducteurs sur un tambour rotatif tournant dans le champ
magnétique.
Fig 4
Assemblage des conducteurs
H

L’assemblage des conducteurs chargés de recueillir la tension induite est appelé l’induit.
Le tambour sur lequel sont montés les conducteurs, entraîné en rotation par le moteur de l’aéronef,
est appelé rotor.
L’induit est donc ici rotorique, mais de même que le stator n’est pas toujours l’inducteur,
l’induit n’est pas toujours rotorique.
rotor
stator
Fi
g
5
Collecteur
E
Charbons en contact avec
le collecteur afin de
récupérer E

Schéma de la génératrice complète
FEM
H
Iex
Uex
Les bobines, alimentées par une tension d’excitation (Uex), sont parcourues par un courant
d’exitation (Iex) et délivre alors un champ magnétique (H) dans lequel se déplacent les conducteurs
du rotor, baignés dans un flux Φ.
On récupère à l’extrémité de ces conducteurs (par un système de collecteur et balais, voir Fig 5, que
nous passons sous silence pour l’instant), une FEM disponible pour alimenter les servitudes
(charges) de l’aéronef.
Pour la suite du cours (afin de ne pas encombrer les schémas) nous symboliserons la génératrice par
un seul inducteur et un cercle symbolisant le rotor (induit de fem E).
Ie
x
I
n
d
u
c
t
e
ur
E
L’ interconnexions des inducteurs avec l’ induit déterminent des génératrices
aux caractéristiques différentes.