Un générateur à courant continu auto-excité à enroulement shunt est représenté à gauche, et un générateur à courant continu magnéto à aimants à champ permanent est représenté à droite. La sortie du générateur à enroulement shunt varie en fonction de l’appel de courant, tandis que la sortie du magnéto est stable quelles que soient les variations de la charge.

Un générateur à courant continu à excitation séparée avec des aimants à champ bipolaire. Les générateurs à excitation séparée de ce type sont couramment utilisés pour les installations de transmission d’énergie à grande échelle. Le générateur plus petit peut être soit une magnéto avec des aimants de champ permanents, soit un autre générateur auto-excité.

Une bobine de champ peut être connectée en dérivation, en série ou en composé avec l’armature d’une machine à courant continu (moteur ou générateur).

Pour une machine utilisant des bobines de champ, comme c’est le cas dans la plupart des grands générateurs, le champ doit être établi par un courant pour que le générateur produise de l’électricité. Bien qu’une partie de la production propre du générateur puisse être utilisée pour maintenir le champ une fois qu’il démarre, une source externe de courant est nécessaire pour démarrer le générateur. Dans tous les cas, il est important de pouvoir contrôler le champ car cela permet de maintenir la tension du système.

Principe de l’amplificateurEdit

À l’exception des générateurs à aimant permanent, un générateur produit une tension de sortie proportionnelle au champ magnétique, qui est proportionnel au courant d’excitation ; s’il n’y a pas de courant d’excitation, il n’y a pas de tension.

Une petite quantité de puissance fournie sous forme de courant de champ peut donc contrôler une grande quantité de puissance générée et peut être utilisée pour la moduler. Ce principe est très utile pour le contrôle de la tension : si la tension de sortie du système est inférieure à celle souhaitée, le courant d’excitation peut être augmenté ; si la tension de sortie est élevée, l’excitation peut être diminuée. Un condensateur synchrone fonctionne sur le même principe, mais il n’y a pas d’apport de puissance « moteur » ; cependant, l’inertie de rotation signifie qu’il peut envoyer ou recevoir de la puissance sur de courtes périodes. Pour éviter d’endommager la machine par des variations erratiques du courant, on utilise souvent un générateur à rampe. Un générateur peut donc être considéré comme un amplificateur:

Excitation séparéeEdit

Alternateur du groupe électrogène diesel des années 1930, avec dynamo d’excitation au-dessus

Pour les gros générateurs, ou les plus anciens, il est habituel qu’une dynamo d’excitation séparée soit alimentée en parallèle avec le générateur de puissance principal. Il s’agit d’une petite dynamo à aimant permanent ou excitée par batterie qui produit le courant de champ pour le générateur plus grand.

Auto-excitationEdit

Les générateurs modernes avec des bobines de champ sont généralement auto-excités, c’est-à-dire qu’une partie de la puissance produite par le rotor est utilisée pour alimenter les bobines de champ. Le fer du rotor conserve un certain degré de magnétisme résiduel lorsque le générateur est éteint. Le générateur est démarré sans charge connectée ; le faible champ initial induit un faible courant dans les bobines du rotor, qui à son tour crée un courant de champ initial, augmentant l’intensité du champ, augmentant ainsi le courant induit dans le rotor, et ainsi de suite dans un processus de rétroaction jusqu’à ce que la machine « monte » à la pleine tension.

DémarrageEdit

Les générateurs auto-excités doivent être démarrés sans charge externe attachée. La charge externe absorbera l’énergie électrique du générateur avant que la capacité à générer de l’énergie électrique puisse augmenter.

Clignotement du champEdit

Si la machine n’a pas assez de magnétisme résiduel pour atteindre la pleine tension, on prévoit généralement d’injecter du courant dans le rotor à partir d’une autre source. Il peut s’agir d’une batterie, d’une unité domestique fournissant du courant continu, ou d’un courant redressé provenant d’une source d’alimentation en courant alternatif. Comme ce courant initial est nécessaire pendant un temps très court, on l’appelle le flashage de champ. Même les petits groupes électrogènes portables peuvent occasionnellement nécessiter un flashage de champ pour redémarrer.

La résistance de champ critique est la résistance maximale du circuit de champ pour une vitesse donnée avec laquelle le générateur shunt s’exciterait. Le générateur shunt n’accumulera de la tension que si la résistance du circuit de champ est inférieure à la résistance de champ critique. C’est une tangente aux caractéristiques en circuit ouvert du générateur à une vitesse donnée.

Excitation sans balaiEdit

L’excitation sans balai crée le flux magnétique sur le rotor des machines électriques sans avoir besoin de balais de carbone. Elle est typiquement utilisée pour réduire les coûts de maintenance régulière et pour réduire le risque de feu de balai. Elle a été développée dans les années 1950, suite aux progrès des dispositifs semi-conducteurs de haute puissance. Le concept consistait à utiliser un redresseur à diode rotatif sur l’arbre de la machine synchrone pour récolter les tensions alternatives induites et les redresser pour alimenter l’enroulement de champ du générateur.

L’excitation sans balai a historiquement manqué de dérégulation rapide du flux, ce qui a été un inconvénient majeur. Cependant, de nouvelles solutions ont émergé. Les circuits rotatifs modernes intègrent des composants actifs de désexcitation sur l’arbre, prolongeant le pont de diodes passif. En outre, leurs récents développements dans la communication sans fil à haute performance ont réalisé des topologies entièrement contrôlées sur l’arbre, telles que les redresseurs à thyristor et les interfaces de chopper.