Bonjour à tous,
Au delà du problème de circuit électrique, l'expérience de Ben montre la différence fondamentale entre la dynamo (machine à courant continu) et l'alternateur (qui comme son nom l'indique est une machine à courant alternatif... Même si on le dote d'un redresseur).
Dans les deux machines la force électro motrice (pour faire simple, la tension à vide) est proportionnelle au flux magnétique coupé par unité de temps. A géométrie fixée, la tension à vide est proportionnelle :
1/ au champ créé par l'inducteur (c'est à dire au courant d'excitation tant qu'on atteint pas la saturation du fer)
2/ à la vitesse de rotation
Dans le cas de la dynamo le courant qui s'établit aux bornes est proportionnel à la tension à vide et inversement proportionnel à la somme de la résistance de la charge (utile) et de la résistance interne de la dynamo.
Le couple résistant de la dynamo est proportionnel au courant qu'elle fait circuler. Ce qui fait que le produit de la vitesse de rotation par le couple résistant, c'est à dire la puissance mécanique absorbée est égale au produit de la tension à vide par le courant produit, c'est à dire la puissance électrique brute, qui elle-même est composée des pertes interne et de la puissance (utile) dissipée dans la charge.
Bien entendu, on se débrouille pour que la résistance interne soit notablement plus petite que celle de la charge, et que la majorité de la puissance absorbée soit transformée en électricité utile et pas en chaleur dans la dynamo.
Dans le cas d'un alternateur, et du courant alternatif, le courant est limité non plus par la résistance du circuit, mais par son impédance.
Comme la charge est placée en aval d'un redresseur, l'impédance de la charge se limite (comme dans le cas de la dynamo) à sa résistance.
Par contre, pour la partie alternative du circuit, c'est à dire dans l'alternateur lui-même, l'impédance est la somme (vectorielle) de la résistance interne R de l'alternateur et de son inductance X (Xd réactance synchrone non-saturée pour les puristes !)
X est égale au produit de la self du circuit L par la vitesse de rotation (oméga).
Or quand l'alternateur à sa vitesse nominale, X est non seulement très supérieure à la résistance interne R, mais même aussi très supérieur à la résistance de la charge qui absorberait sa puissance nominale.
A ce stade certains se demandent sûrement comment l'alternateur peut encore produire plus de puissance que de pertes si l'impédance interne est supérieure à celle de la charge. En fait, c'est que les pertes liées au courant sont seulement dues à la résistance interne qui est très faible. L'effet de l'inductance, c'est de s'opposer aux variations cycliques du courant en stockant et en destockant de l'énergie sous forme magnétique deux fois par alternance. L'inductance freine le courant alternatif mais ne dissipe pas d'énergie.
Au début, on a vu que la force électromotrice est proportionnelle à l'induction et proportionnelle à la vitesse de rotation. Et dans l'alternateur, l'impédance principale du circuit, l'inductance X est également proportionnelle à la vitesse de rotation.
Donc le courant, égal à la tension à vide divisée par l'impédance est (au premier ordre, toujours pour les puristes !) le produit d'un terme proportionnel à la vitesse de rotation, divise par un autre terme également proportionnel à cette même vitesse de rotation. Ce qui revient à dire que le courant est indépendant (au premier ordre) de la vitesse de rotation.
Autrement dit, l'alternateur se comporte comme une source de
courant proportionnelle au courant d'excitation, alors que la dynamo se comporte comme une source de
tension proportionnelle au courant d'excitation. Dans le cas d'une voiture ou d'un avion équipé d'un alternateur c'est la batterie qui fixe la tension.
Une application bien connue de tous de cette caractéristique des alternateurs est... la dynamo de vélo.
(Le terme dynamo est totalement erroné puisqu'il s'agit d'un aimant permanent tournant devant une bobine, c'est à dire d'un
alternateur à aimant permanent)
Il suffit de rouler au pas pour que l'ampoule du vélo commence à briller et on peut rouler très vite (en descente) sans griller cette même ampoule car quand la vitesse de rotation varie d'un facteur 10, le courant varie à peine d'un facteur 2.
Dans le cas de l'avion rééquipé d'un alternateur, on se trouve confronté au remplacement d'une source de tension par une source de courant.
Pour couper une source de tension, il faut ouvrir le circuit.
Si on fait la même chose avec une source de courant (réelle, pas idéale), on se retrouve avec une tension aux bornes de l'interrupteur égale à la tension à vide qui est très supérieure à la tension en charge. (un alternateur de voiture 12 V peut facilement atteindre une centaine de volts) Il faut que l'interrupteur (et aussi le redresseur !) supporte cette tension...
Ce qu'on peut faire aussi,
à condition qu'on puisse couper le courant d'excitation ou du moins le limiter à une valeur acceptable, c'est de court-circuiter l'alternateur en amont du redresseur. (C'est la vraie manière de couper un génerateur de courant)
J'espère que tout ça permettra de mieux comprendre
ce qui se passe du côté de ce petit cylindre entrainé par une courroie... Et qui en général, sait très bien se faire oublier.
Bons vols (avec une lampe de poche à portée de la main si vous volez le soir
)
Philippe Dejean
