Fiche de révision : Production et rendement des alternateurs

📋 Plan du Cours

1. Induction électromagnétique
2. Fonctionnement de l’alternateur
3. Vitesse et caractéristiques électriques
4. Puissance et rendement

📖 1. Induction électromagnétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Électroaimant : Constitué d’une bobine parcourue par un courant électrique.
• Induction électromagnétique : Apparition d’un courant électrique variable dans un conducteur placé dans un champ magnétique variable.

📖 2. Fonctionnement de l’alternateur

★ À maîtriser

• La rotation de l’aimant fait périodiquement approcher puis éloigner ses pôles nord et sud de la bobine, ce qui permet d’obtenir un courant alternatif.

• Dans un alternateur, la rotation périodique de l’aimant par rapport à la bobine produit, par induction électromagnétique, une tension périodique et alternative et convertit l’énergie mécanique en énergie électrique.

Compléments

📌 Dans l’alternateur, le rotor est constitué de l’aimant et le stator de la bobine.

• L’alternateur étudié au collège au CERENE produit une tension alternative sinusoïdale.

💡 Astuce mémo

La rotation de l’aimant fait varier le champ, ce qui produit une tension alternative.

📖 3. Vitesse et caractéristiques électriques

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence est l’inverse de la période : $f = \frac{1}{T}$.

📌 Lorsque la vitesse de rotation augmente, la fréquence et la tension maximale augmentent.

• La tension délivrée dans le réseau électrique par les alternateurs est alternative et sinusoïdale.

Compléments

• À vitesse moyenne, la période est de 0,3 s, la fréquence est d’environ 3,3 Hz et la tension maximale vaut 1 V.

• À vitesse élevée, la période est de 0,2 s, la fréquence est de 5 Hz et la tension maximale vaut 1,8 V.

• À vitesse faible, la période est de 0,7 s, la fréquence est d’environ 1,4 Hz et la tension maximale vaut 0,5 V.

📖 4. Puissance et rendement

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement de l’alternateur est le rapport entre la puissance électrique et la puissance mécanique, ou entre l’énergie électrique et l’énergie mécanique : $\eta = \frac{P_{\mathrm{elec}}}{P_{\mathrm{meca}}} = \frac{C_{\mathrm{elec}}}{E_{\mathrm{meca}}}$.

📐 Formule - La puissance électrique est le produit de la tension par l’intensité : $P_{\mathrm{elec}} = U \times I$, avec U en volts et I en ampères.

📌 Un alternateur est considéré comme un bon convertisseur lorsque son rendement est proche de 1.

Compléments

📐 Formule - L’énergie électrique est le produit de la puissance électrique par la durée : $C_{\mathrm{elec}} = P_{\mathrm{elec}} \times \Delta t$.

• Le groupe électrogène fournit 3,7 kW pour une puissance mécanique de 4,2 kW, soit un rendement de $\eta = \frac{3{,}7}{4{,}2} = 0{,}88$, c’est-à-dire 88 %.

• L’alternateur de centrale nucléaire indiqué fournit une puissance électrique de 1750 MW et a un rendement de 99 %.