À propos des générateurs de courant alternatif

Sans l'invention du générateur AC et son développement au cours du siècle dernier, le monde serait en effet un endroit très sombre. Des générateurs produisant du courant alternatif alimentent nos lumières, nos systèmes de chauffage et de refroidissement, nos appareils électroménagers et nos ordinateurs. Inventés à l'origine par accident, les générateurs à courant alternatif étaient autrefois considérés comme sans valeur et inutilisables et ont ensuite été vilipendés pendant de nombreuses années avant de devenir les machines indispensables qu'ils sont aujourd'hui.

Un générateur de courant alternatif applique la loi d'induction électromagnétique de Faraday pour créer un courant alternatif en faisant tourner des bobines de fil à l'intérieur d'un champ magnétique. L'énergie mécanique fait tourner les bobines, généralement à partir d'un moteur alimenté par le vent, l'eau, le diesel ou d'autres sources d'énergie.

Courant alternatif par rapport au courant continu

Le courant alternatif, ou AC, est le type d'électricité qui est disponible à partir de les prises dans vos murs, tandis que courant continu, ou DC, est fait par des batteries. L'électricité statique est également de l'électricité à courant continu, produite en frottant de la soie et du verre l'un contre l'autre ou en passant un peigne en plastique dans vos cheveux.

Le courant continu conserve la même polarité dans le temps et va toujours dans le même sens, c'est pourquoi les bornes positive et négative d'une batterie ne changent jamais. La polarité ou la direction du courant alternatif change plusieurs fois par seconde, de sorte que le flux d'électricité change également plusieurs fois par seconde. Aux États-Unis, le courant alternatif dans votre maison alterne 60 fois par seconde.

Alors que de nombreuses choses dans nos maisons et bureaux nécessitent du courant alternatif, de nombreux appareils que nous alimentons à l'aide d'une prise secteur utilisent en fait un courant continu. Cela inclut la plupart des appareils électroniques, y compris les ordinateurs. Un redresseur connecté au cordon d'alimentation fait la conversion.

Comment fonctionnent les générateurs

En termes simples, si vous faites pivoter un champ magnétique autour des bobines de fil ou faites tourner les bobines de fil à l'intérieur d'un champ magnétique, vous avez créé un générateur de courant alternatif. La physique derrière cela est décrite par la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique.

Pour comprendre comment le champ magnétique produit un courant alternatif, imaginez un aimant, comme l'aiguille d'une boussole, en train de tourner. À n'importe quel point autour de la boussole, les pôles positif et négatif de l'aimant passent pendant que l'aimant tourne. Le champ magnétique alternatif appliqué à une bobine de fil alterne la polarité de la tension, produisant un courant inverse dans le circuit.

Les générateurs à courant continu sont similaires aux générateurs à courant alternatif, mais ils sont plus complexes à concevoir, ne sont pas aussi efficaces et nécessitent beaucoup plus d'entretien que les générateurs à courant alternatif. Un générateur à courant continu a sa bobine de fil montée sur l'arbre, tandis qu'un générateur à courant alternatif a l'aimant là-bas. Lorsque la bobine tourne, elle entre en contact avec des balais de charbon montés autour de la bobine, activant et désactivant le circuit externe au rythme des pôles magnétiques alternatifs de sorte qu'une seule polarité soit envoyée au circuit externe.

L'histoire des générateurs à courant alternatif

L'histoire des générateurs à courant alternatif est étroitement liée à l'histoire des dynamos et de l'électricité à courant continu. Le générateur électrique trouve son origine dans les travaux de Michael Faraday et Joseph Henry, qui ont découvert l'induction électromagnétique. Le premier générateur à courant alternatif a été créé accidentellement par Hippolyte Pixii alors qu'il inventait la première dynamo en 1832, qui délivrait des impulsions de courant continu. Après 1832, quelques jalons importants dans le développement des générateurs comprenaient :

1860: Antonio Pacinotti a inventé une dynamo qui fournissait une alimentation continue en courant continu.
1867: Werner Von Siemens et Charles Wheatstone ont inventé une dynamo plus puissante utilisant un électro-aimant auto-alimenté.
1871: Zenobe Gramme a créé la première dynamo commercialement réalisable en plaçant un noyau de fer dans le champ magnétique, augmentant considérablement la puissance de sortie.
1878: La société Ganz a créé les premiers générateurs à courant alternatif à utiliser dans des opérations commerciales à Budapest.

Jusqu'à la fin des années 1880, l'utilisation précoce de l'électricité était limitée au courant continu aux États-Unis. Thomas Edison avait beaucoup investi dans la technologie à courant continu. Cependant, l'alimentation en courant continu a commencé à rencontrer des problèmes lorsque de plus en plus de personnes voulaient de l'électricité dans leurs maisons et leurs entreprises. Le courant continu ne pouvait pas être facilement converti en différentes tensions, les centrales électriques devaient donc se trouver à quelques pâtés de maisons de chaque client. Cela allait bientôt changer grâce en grande partie au travail de Nikola Tesla.

1893 et la guerre des courants

À la fin du 19e siècle, Nikola Tesla, soutenu par George Westinghouse, avait montré que contrairement au courant continu, le courant alternatif peut être converti d'une tension à une autre à l'aide d'un transformateur. Ainsi, l'électricité peut être envoyée sur de longues distances à l'aide d'une haute tension, puis réduite à une tension inférieure pour desservir les clients.

Thomas Edison, cependant, avait investi beaucoup trop d'argent dans l'infrastructure DC pour passer à AC sans combat. Edison a lancé une campagne de diffamation pour discréditer le courant alternatif comme étant beaucoup trop dangereux à utiliser et, entre autres, a promu une chaise électrique alimentée en courant alternatif comme nouvelle méthode d'exécution et des animaux errants électrocutés comme des démonstrations publiques du danger de l'électricité en courant alternatif.

Deux événements en 1893 ont marqué la fin du règne de DC. Tout d'abord, l'Exposition universelle de Chicago a été illuminée par 100 000 lampes électriques alimentées par le courant alternatif de Tesla, éblouissant les millions de visiteurs qui y ont assisté chaque nuit. Deuxièmement, la Niagara Falls Power Company a attribué à Westinghouse le contrat pour produire de l'électricité à partir des chutes du Niagara à l'aide des moteurs à induction à courant alternatif polyphasé de Tesla (un type de générateur à courant alternatif), qui fourniraient bientôt de l'électricité à Buffalo, à New York et à la plupart de l'est des États-Unis.

Types de générateurs

Les générateurs électriques produisent tous de l'énergie électrique à partir de l'énergie cinétique, il est donc courant qu'ils soient attachés à un moteur pour déplacer l'arbre du générateur. Un moteur diesel faisant tourner l'arbre d'un générateur peut être appelé générateur diesel, groupe électrogène diesel ou groupe électrogène diesel.

La plupart des générateurs, y compris les générateurs de secours, sont installés en permanence là où ils sont nécessaires, tandis que les générateurs portables plus petits sont utilisés pour des activités telles que les voyages de camping ou pour alimenter les maisons en cas de panne de courant. Tous les générateurs AC peuvent être classés par source d'énergie d'entrée :

Combustibles fossiles: Il s'agit notamment des génératrices à essence, des génératrices diesel, des génératrices au gaz naturel et des génératrices au propane.
Énergie naturelle : Également appelés systèmes de production d'énergie verte, ils comprennent les générateurs solaires et les générateurs éoliens. Les générateurs hydroélectriques, qui captent le mouvement de l'eau qui coule, entrent également dans cette catégorie.
Énergie existante : Certains générateurs captent l'excès d'énergie qui est déjà produit par une autre machine ou un autre processus, comme dans les usines de fabrication. Les générateurs hydrauliques, par exemple, utilisent la pression hydraulique créée par un autre système pour alimenter le générateur électrique.

Les générateurs thermoélectriques utilisent la différence de température entre deux conducteurs ou semi-conducteurs dans un phénomène appelé effet Seebeck.

Applications des générateurs à courant alternatif

En plus de leurs sources d'énergie, les générateurs peuvent être classés selon leur application dans l'industrie. Certains d'entre eux incluent :

Centrales électriques : Ces générateurs produisent de l'électricité pour toute une région, y compris les villes, les villages, les maisons et les entreprises.
Agriculture: Une génératrice à prise de force utilise l'arbre de transmission d'un tracteur comme source d'énergie d'entrée. Ceci est un exemple de générateur portable.
Avion: Les gros avions utilisent souvent des générateurs à courant alternatif pour alimenter les systèmes électriques embarqués. Un type de système s'appelle un générateur à turbine à air dynamique d'avion, qui exploite la pression d'air créée par le vol de l'avion pour faire tourner une turbine qui est attachée à un générateur.
Aéroports : Les générateurs de démarrage d'avion et les générateurs d'assistance au sol alimentent les avions lorsque les moteurs s'arrêtent pour faire fonctionner les systèmes électriques à bord.
Générateurs automobiles : Appelés alternateurs, ceux-ci produisent un courant alternatif qui est transformé en courant continu pour faire fonctionner les systèmes électroniques du véhicule. Les véhicules nécessitant une plus grande puissance, comme les véhicules récréatifs, ont des générateurs plus gros.
Générateurs marins : Utilisant les moteurs du navire comme source d'énergie d'entrée, ceux-ci alimentent les systèmes électriques d'un navire.
Soudage: Les générateurs de soudage à l'arc fournissent des courants de sortie élevés, mesurés en centaines d'ampères, pour fournir l'électricité nécessaire aux équipements de soudage à l'arc.