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Générateur électrique

Générateur électrique

Le générateur électrique est un élément essentiel des centrales nucléaires. L’objectif des centrales nucléaires est de convertir l’énergie nucléaire issue des réactions de fission nucléaire en énergie électrique. La fonction du générateur électrique est de convertir en énergie l’énergie mécanique provenant de celle provenant d’une turbine à vapeur.

Qu'est-ce qu'un générateur électrique?

Un générateur électrique est une machine capable de transformer un type d'énergie, qui peut être de l'énergie chimique, mécanique ou légère, en énergie électrique. Les sources d’énergie mécanique comprennent les turbines à vapeur, les turbines à gaz, les turbines à eau, les moteurs à combustion interne et même les manivelles.

Un générateur électrique est un dispositif capable de maintenir une différence de potentiel électrique (tension) entre deux points, appelés pôles ou bornes. Les générateurs électriques sont des machines électriques conçues pour transformer l'énergie mécanique en énergie électrique.

Dans la production d'électricité, un générateur est un dispositif qui convertit l'énergie motrice (énergie mécanique) en énergie électrique destinée à être utilisée dans un circuit externe. Le premier générateur électromagnétique, le disque de Faraday, a été inventé en 1831 par le scientifique britannique Michael Faraday. Les générateurs fournissent presque toute l’alimentation des réseaux électriques.

Fonctionnement d'un générateur électrique

Le fonctionnement d'un générateur électrique est similaire à celui d'un moteur électrique fonctionnant en sens inverse.

Cette transformation est réalisée par l'action d'un champ magnétique sur les conducteurs électriques disposés en bobines sur un châssis en tôle. Si mécaniquement il y a un mouvement relatif entre les conducteurs et le champ, une force électromotrice est générée, comme l'a découvert le physicien Michael Faraday.

La conversion inverse de l'énergie électrique en énergie mécanique est effectuée par un moteur électrique. Pour cette raison, les moteurs électriques et les générateurs électriques présentent de nombreuses similitudes. De nombreux moteurs électriques peuvent être entraînés mécaniquement pour générer de l'électricité et rendent souvent les générateurs manuels acceptables.

Modélisation d'un générateur électrique

Un véritable générateur peut être modélisé de deux manières différentes:

  • Un générateur de tension idéal avec une résistance série.
  • Un générateur de courant idéal avec une résistance connectée en parallèle.

Générateur de tension idéal

Le générateur de tension idéal est un modèle théorique. C'est un dipôle capable d'imposer une tension constante quelle que soit la charge connectée à ses bornes. Cela s'appelle aussi une source de tension.

En circuit ouvert, la tension qui existe à ses bornes quand aucun courant n'est fourni est la tension à vide. Par conséquent, le générateur de tension est un dipôle virtuel dont la tension à ses bornes est toujours égale à la tension à vide, quelle que soit la valeur de la sortie de courant.

Le générateur de tension ne peut être qu'un modèle théorique car, en raison d'un court-circuit, il doit délivrer un courant infini et, par conséquent, fournir une puissance infinie inaccessible.

Générateur de courant idéal

Pour le générateur de courant idéal, le courant produit est constant, quelle que soit la tension requise et la charge à alimenter.

C'est aussi un modèle théorique car l'ouverture d'un circuit comprenant un générateur de courant non nul devrait fournir une puissance infinie.

Les générateurs réels peuvent être modélisés simplement en combinant un générateur de courant idéal et une résistance connectée en parallèle. Un tel modèle s'appelle le modèle Norton.

Un dipôle inductif est un générateur de courant transitoire qui s'oppose à toute variation de l'intensité du courant qui le traverse. Lorsqu'un circuit comprenant un dipôle inductif traversé par un courant non nul est ouvert, une haute tension peut apparaître pouvant générer un arc électrique sur le commutateur.

Génération électrique idéale

Dans l'étude théorique des phénomènes et des circuits électriques, les générateurs sont généralement considérés comme idéaux. Un générateur idéal peut produire toute tension et tout courant sans aucune limite et est dépourvu de résistance interne. La valeur du courant ou de la tension générée est indépendante de la charge appliquée.

En réalité, il n'y a pas de générateurs idéaux, car chaque appareil a sa résistance interne intrinsèque et ne peut générer de tension et de courant que dans certaines limites.

Un générateur de tension réelle peut être représenté comme un générateur de tension idéal avec une résistance interne sérialisée, tandis que le générateur de courant réel peut être représenté comme un générateur de courant idéal en parallèle avec la résistance interne.

En théorie, si un circuit comprenant un générateur de courant idéal est ouvert, la tension de sortie devrait augmenter à l'infini. Cependant, dans les générateurs réels, il existe une valeur limite de tension au-dessus de laquelle le courant est réduit à zéro. Du point de vue théorique, dans la représentation théorique du générateur réel, la sortie de courant du générateur idéal est fermée dans la résistance interne.

Générateurs électriques et énergie nucléaire

Les générateurs électriques sont d'une importance vitale dans les centrales nucléaires.

Une fois que la centrale nucléaire a commencé à faire tourner la turbine, le générateur électrique est chargé de convertir l’énergie mécanique de la turbine en énergie électrique.

Générateur thermoélectrique à radio-isotopes

Un générateur thermoélectrique à radio-isotopes est un simple générateur électrique. Ce type de générateur obtient l'énergie de l'énergie libérée par la désintégration radioactive de certains éléments.

Dans un générateur thermoélectrique, l’énergie thermique dégagée par la désintégration d’un matériau radioactif est directement convertie en électricité. Cette conversion est due à l'utilisation d'une série de thermocouples, qui convertissent la chaleur en énergie électrique grâce à l'effet Seebeck dans le générateur de chaleur thermoélectrique (ou HTG en anglais).

Les générateurs thermoélectriques et les radio-isotopes peuvent être considérés comme un type de batterie pouvant fournir de l'électricité. Ils ont été utilisés dans des satellites, des sondes spatiales non habitées et des installations distantes ne disposant d'aucun autre type de source d'électricité ou de chaleur.

Les RTG sont les appareils les mieux adaptés dans les situations où il n’ya pas de présence humaine et où des puissances de plusieurs centaines de watts sont nécessaires pendant de longues périodes, dans lesquelles les générateurs classiques tels que les piles à combustible ou les batteries ne sont pas économiquement viables et où les cellules photovoltaïques ne peuvent pas être utilisées pour tirer parti de l'énergie solaire.

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Dernier examen: 19 mars 2017

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