Machines électriques

Classification des moteurs et générateurs

Les moteurs et les générateurs sont des machines électriques. Ils se différencient grossièrement selon les types : machines asynchrones, machines synchrones et machines à courant continu ainsi que selon les classes de puissance : micromoteurs (jusqu'à 1W), petits moteurs (1W à 0,75 kW), moteurs de classe de puissance moyenne (0,75 kW à 375 kW) et gros moteurs.

Les moteurs synchrones ont soit une excitation électrique à travers l'enroulement du rotor, soit une excitation permanente avec des aimants permanents.

Isolation des conduteurs de la bobine

Les petits moteurs ont une basse tension, le conducteur est un fil de cuivre isolé en émail d'un diamètre de 12 mm à quelques millimètres. Les conducteurs sont enroulés autour de la bobine à la main ou avec une machine à bobiner. Les gros moteurs ont une moyenne tension : de plus de 1 kV jusqu'à 52 kV ; les conducteurs angulaires avec une section transversale de plusieurs centimètres carrés ne peuvent être enroulés que par déformation mécanique massive. La résistance de l’isolation est assurée par des couches de matériau isolant de quelques dixièmes de millimètre. Les enroulements des gros moteurs peuvent être constitués de plusieurs barres dans les stators ainsi que dans les rotors. L'enroulement entier est isolé pour sa classe de tension et sa température la plus élevée.

Petit rotor de moteur à enroulement concentré
Petit rotor de moteur à enroulement concentré

Enroulement du stator d'un gros moteur à enroulement répartiEnroulement du stator d'un gros moteur à enroulement réparti

 Normes de rendement énergétique

Les normes européennes de rendements énergétiques IECC incluent de nombreux types de machines. Pour ne pas être exclus du marché, les industriels doivent investir dans un refroidissement efficace. Il est aussi souvent nécessaire d'améliorer le refroidissement de machines déjà en service, par exemple lorsque la puissance d'un générateur doit être augmenté du fait d'une upgrade de la turbine. 

Réchauffement et durée de vie

Les machines électriques ont un rendement élevé, cependant les pertes produites atteignent des niveaux tels, qu'elles doivent être évacuées grâce à une méthode de refroidissement adéquate.

La résistance des bobines de cuivre dépend de la température, c'est pourquoi un refroidissement plus efficace entraîne une réduction des pertes Joule du cuivre. Les matériaux doivent être utilisés de façon soutenue ; grâce à un refroidissement plus efficace la densité de courant peut être aloes augmentée et pour la même dimension de la machine une puissance plus élevée ainsi obtenue.

La durée de vie de l'isolation des bobines dépend de la température, un accroissement des températures de 5 à 8K entraîne une durée de vie réduite de moitié. C'est pourquoi les isolants sont catalogués par classes de température qui correspondent aux températures maximales autorisées en service continu. D'autre part une distribution homogène des températures doit être assurée lors du démarrage de la machine, sinon des fissures peuvent se créer du fait des contraintes thermiques. Grâce aux résultats numériques, les constructeurs de machines électriques peuvent proposer des machines moins chères et plus sure, sans risquer de s'exposer au moindre risque technique et aux pénalités.

Montage des Rotors des Hydrogenerators für Itaipu
Montage du rotor d'un génerateur hydraulique © Hydropower Consult 

 Montage du rotor d'un turbogénerateur
Montage du rotor d'un turbogénerateur