L'alternateur électrique

I. Le phénomène d’induction EM

Le principe physique derrière l’alternateur est le principe d’induction.

Expérience de Faraday

Si on imagine une bobine de fil reliée à une lampe et que l’on approche un aimant de la bobine, il ne se passe rien, la lampe reste éteinte. En revanche si on imagine que cette fois-ci on bouge cet aimant proche de la bobine (par exemple un mouvement d’aller-retour), alors la lampe va s’allumer. On est donc capable de générer une tension électrique aux bornes de la bobine et donc aux bornes de la lampe.

Mis en équation par Maxwell

Tout ceci a été mis en équation par Maxwell : ce sont les équations de Maxwell. On peut retenir de toutes ces équations qu’un aimant mobile génère une tension dans un bobine.

II. L’alternateur électrique

Si on essaye d’utiliser l’induction pour faire de l’électricité, alors on obtient ce que l’on appelle un alternateur électrique.

Convertisseur

C’est en fait un convertisseur électromécanique. Il prend de la puissance mécanique et il convertit cette énergie en énergie électrique.

Principe de l’alternateur

Le principe est le même que celui de l’induction. Une bobine est branchée à un récepteur, ici une résistance, et un aimant tourne sur lui même à proximité de la bobine. Dans ce cas, la bobine reste fixe et l’aimant est mobile : on parle de stator pour la bobine et de rotor pour l’aimant. On peut faire l’inverse : l’aimant est fixe (stator) et la bobine tourne sur elle-même autour de l’aimant (rotor).

Rendement

Le rendement en fixe est souvent noté $\eta$. Le rendement représente ce qui est utile divisé par ce qui est consommé. Ici la grandeur utile est la puissance électrique, c’est ce que l’on veut récupérer, et la grandeur consommée est la puissance mécanique, c’est celle qu’on fourni pour de l'électricité.

Ainsi : $\eta=\dfrac{“utile”}{“consommé”}=\dfrac{P_e}{P_m}$

Pour les alternateurs le rendement est de l’ordre de 95 %. Les pertes proviennent :

- des frottements mécaniques (les pièces sont en mouvement),

- de l’effet Joule dans le bobinage.