Nous allons détailler l'alternateur, car cette génératrice est particulièrement intéressante. N'hésiter surtout pas à faire des tests, ci-dessus notre banc d'essais: alternateur à gauche et un moteur de machine à laver à droite pour entrainer. Utilisez de préférence un moteur courant continu pour pouvoir tester facilement l'alternateur à différents régimes. Pour vos tests, utilisez le récepteur, car la tension à vide n'a rien à voir avec la tension avec charge !

Les caractéristiques:

L'alternateur triphasé convertit une énergie mécanique de rotation en trois tensions identiques décalées d'un tiers de période:

L'alternateur est composé de deux parties: le rotor et le stator. Le stator porte les 3 enroulements induits sièges des 3 courants alternatifs décrits par l'oscillogramme précédent. Le rotor porte l'enroulement inducteur. Il est constitué d'un enroulement parcouru par le courant d'excitation continu. Il faut apporter le courant à l'inducteur par l'intermédiaire de bagues et de balais comme moteur à courant continu (il faut changer les charbons de temps en temps ce qui constitue tout de même inconvénient pour une éolienne). Les 3 tensions alternatives sont induites par la rotation du champ magnétique du rotor. On dit qu'un alternateur a p paires de pôles, soit 2p pôles, où 2p est égal au nombre d'encoches du stator divisé par 3.

Quelques formules:
ω = f / N_{paires de pôles}

•  f: fréquence en Hz;
•  ω: tr.s^-1
• Cette formule est aussi bien valable pour une machine asynchrone triphasée en fonctionnement moteur ou générateur. Vous pouvez donc utiliser la fréquence pour connaître la vitesse de rotation de l'alternateur (cette technique est d'ailleurs employée sur les voitures diesel actuelles pour le compte tours)

U = K'.Ns.φ

• U: tension en sortie d'alternateur
• K': constante dépendant des caractéristiques de la machine
• Ns: vitesse de rotation du rotor en tr.s^-1
• φ: flux d'induction magnétique (Wb) proportionnel à la tension d'excitation.
• Cette formule met en évidence des relations de proportionnalité qui nous servirons par la suite.

Un alternateur de voiture délivre une tension d'environ 12V aux environ de 1000 tr.min^-1. Mais on peut estimer que les pales d'une mini-éolienne "bricolée" tournent de 100 tr.min^-1 à 250tr.min^-1! Donc même en utilisant un multiplicateur, et/ou en modifiant l'alternateur, par vent faible on ne peut qu'espère une production électrique faible. On va commencer à trouver des solutions dès maintenant.

Adapter l'énergie électrique

Notre but était d'éclairer une cabane. Mais pour simplement faire rougir une ampoule, il faut une intensité relativement importante. De plus, on ne peut pas seulement s'éclairer lorsqu'il y a suffisamment de vent. L'emploi d'une batterie peut alors résoudre en partie ces deux problèmes. Pour comprendre, il faut raisonner en terme de différence de potentiel. Voici les deux cas:

• Si U_alternateur < U_batterie: Rien ne se passe. En effet le courant ne peut pas remonter, car le redresseur l'en empêche.
• Si U_alternateur > U_batterie: la batterie se recharge, ou s'entretien si le courant est vraiment faible.

En somme, si l'on recharge une batterie, pour éclairer indirectement, il nous suffit juste d'avoir une différence de potentiel ! Cela nous oblige à transformer les 3 tensions alternatives en continu. On utilise pour cela un redresseur (pour l'instant mis à part la différence de vitesse de rotation, les conditions d'utilisation de l'alternateur sont inchangées.)

Si vous faîtes des tests avec une batterie de voiture, attention au court-circuit. Une telle batterie peut fournir 3 à 400A. Autant dire que les fils vont fondre, et vous serez alors exposer à des projections de métal en fusion ! Pour éviter cela, je vous recommande d'utiliser un fusible ou un disjoncteur (les disjoncteurs 12V ne sont pas faciles à trouver).

Si vous souhaitez rester en alternatif, veiller à équilibrer la consommation électrique sur les trois phases. Enfin pour ceux qui aimeraient relier leur éolienne au réseau électrique, sachez que c'est une autre affaire ! Voyer sur ce site (c'est vraiment intéressant)

Réguler la tension

Le problème est de garder une certaine maîtrise de la tension produite, surtout s'il l'on veut charger une batterie ! En effet, d'après cette formule U=K'.Ns.φ on sait que la tension U est proportionnelle à la vitesse de rotation. Sur les voitures, on utilise un régulateur (souvent fixé sur l'alternateur, sauf sur les vieilles (exemple: les 304)). Ils sont câblés de cette manière:

Comment fonctionne le régulateur ? Toujours d'après la même formule, U est proportionnelle au flux magnétique. Le régulateur joue sur le courant d'excitation en faisant varier le rapport cyclique (V_{moy excitation} = R x U), pour adapter le champ magnétique.

Remarque: Ce schéma présente un défaut: le rotor est toujours alimenté même si la vitesse de rotation n'est pas suffisante pour pouvoir recharger la batterie. On pourrait prévoir une coupure de l'excitation en cas de vent trop faible.