Qu’est-ce qu’une génératrice d’électricité, et comment est-ce que cela fonctionne?

Les génératrices d'électricité sont, en fait, de petites centrales électriques. Elles permettent à leurs propriétaires de produire de l'électricité sur place, en remplacement ou en complément de l'électricité provenant du réseau électrique. Les génératrices et les grandes centrales thermiques fonctionnent sur le même principe : toutes deux brûlent du combustible pour créer un mouvement (de l'énergie mécanique) et le convertir en énergie électrique. Les génératrices comportent deux éléments principaux : un moteur à combustion interne et un alternateur.

Tout comme le moteur à combustion interne d'une voiture, le moteur d'une génératrice a besoin de carburant pour fonctionner. Le diesel, le gaz naturel, le propane, l'essence et les biocarburants constituent des options courantes. La combustion du carburant permet de créer un mouvement de rotation dans un vilebrequin de la manière suivante :

L'air et le carburant se mélangent et s'enflamment à l'intérieur d'un cylindre. La combustion provoque une petite explosion qui fait monter puis descendre le piston dans le cylindre. Le piston est fixé à un vilebrequin. En se déplaçant, il fait tourner le vilebrequin. Le mouvement consécutif des différents pistons crée une rotation régulière dans le vilebrequin. Dans une automobile, ce mouvement servirait à la propulsion du véhicule. Dans le cas d'une génératrice, ce mouvement sert à produire de l'électricité.


Comment une génératrice produit-elle de l'électricité?

Le mouvement rotatif produit par le moteur se propage dans le deuxième composant principal, l'alternateur. L'alternateur convertit une forme d'énergie, l'énergie cinétique de rotation, en électricité à l'aide des propriétés de l'induction électromagnétique, c'est-à-dire le phénomène physique par lequel des champs magnétiques variables créent des courants électriques. L'alternateur est composé de deux parties : un stator et un rotor. Le stator est un boîtier constitué de plusieurs enroulements en cuivre. Lorsque le rotor tourne à l'intérieur du stator, son champ magnétique tourne également. Le champ magnétique rotatif fait circuler les électrons dans le stator, ce qui produit un courant électrique.


Composants d'une génératrice d'électricité

En plus du générateur et de l'alternateur, une génératrice d'électricité contient d'autres composants pour bien fonctionner. Un système d'alimentation en carburant permet que le moteur de la génératrice reçoive une alimentation régulière en carburant. Les petites génératrices peuvent être équipées d'un système de carburant aussi simple qu'un réservoir de carburant et un filtre à carburant. Une génératrice doit également fournir de l'électricité à la bonne tension. Elle est donc munie d'un régulateur de tension qui assure l'atteinte et le maintien de la bonne tension. Les pièces de la génératrice deviennent chaudes pendant le fonctionnement. Pour éviter la surchauffe, un système de refroidissement est nécessaire. Les petits modèles sont généralement refroidis par air, tandis que les plus grands doivent être refroidis à l’eau. Vient ensuite le système d'échappement, qui évacue les gaz de combustion chauds. Pour assainir les gaz d'échappement, il est possible de recourir à des convertisseurs catalytiques, des filtres à poussière ou des épurateurs. Dans le cas des grosses génératrices utilisées dans des installations de cogénération, les gaz d'échappement peuvent servir à chauffer de l'eau, par exemple dans le cadre d'un système de chauffage urbain. L'énergie du combustible est ainsi convertie à la fois en énergie électrique et en chaleur utile, ce qui optimise le rendement de la machine.

Une génératrice comprend généralement un système d'huile pour la lubrification, une batterie pour l'allumage, un mécanisme de charge pour la batterie, un panneau de commande pour le contrôle des jauges et paramètres de la machine et le châssis dans lequel sont logés tous les composants de la machine.

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Génératrices au diesel, au propane ou au gaz naturel

Les génératrices peuvent fonctionner avec une variété de combustibles différents, du mazout lourd au gaz propane. Le choix du combustible à utiliser dépend de plusieurs facteurs : le coût de l’appareil, le prix, la disponibilité et les considérations relatives au stockage du combustible, le profil d'émissions de chaque combustible et les contraintes de bruit. Les génératrices peuvent être conçues pour fonctionner avec un large éventail de carburants, du naphte aux biocarburants, mais les carburants les plus couramment utilisés sont le diesel, le propane et le gaz naturel.


En quoi consistent les génératrices diesel et comment fonctionnent-elles?

Tout comme les moteurs de voitures, les moteurs de génératrices sont différents selon les carburants utilisés. Les moteurs diesel sont à allumage par compression, c'est-à-dire qu'ils enflamment le carburant en le chauffant au-dessus de sa température d'auto-inflammation. La température d'auto-inflammation relativement basse du carburant diesel (410°F) en fait un carburant idéal pour les moteurs diesel. En général, le démarrage d'un petit moteur diesel se fait à l'aide d'un démarreur électrique qui pousse les pistons du moteur, comprimant l'air situé dans les cylindres du moteur et augmentant sa température. C'est ce qu'on appelle la mise en marche du moteur. Lorsque la température à l'intérieur d'un cylindre atteint la température d'auto-inflammation du carburant, celui-ci est injecté dans le cylindre et s'enflamme immédiatement. Ce phénomène pousse le piston vers l'arrière (avec une soupape d'échappement qui s'ouvre pour expulser le gaz) et fait bouger le vilebrequin. Les autres cylindres s'enflamment également, ce qui entraîne le mouvement de rotation nécessaire pour produire de l'électricité et entretenir le cycle compression-allumage du moteur.

En revanche, les moteurs à essence injectent de l'air et du carburant dans leurs cylindres en même temps, et nécessitent une étincelle pour leur mise en marche. En raison de la simplicité de leur mécanisme d'allumage, les moteurs diesel sont généralement très fiables et durent longtemps. L'absence de bougies d'allumage élimine également l'émission de radiofréquences susceptibles d'interférer avec des équipements électroniques sensibles. Les moteurs diesel sont également très efficaces, y compris à faible charge, grâce à leur taux de compression élevé.

Saviez-vous que seuls les véhicules équipés de moteurs diesel sont autorisés à circuler dans la « United States National Radio Quiet Zone» (Zone américaine nationale de silence radio)? Cette zone est une vaste zone située en Virginie et en Virginie-Occidentale où les émissions radioélectriques sont limitées afin d'éviter les interférences avec les radiotélescopes présents dans la région (les téléphones portables, le Wi-Fi et les fours à micro-ondes y sont également interdits).



Les génératrices au propane, qu’est-ce que c’est et comment ça fonctionne?

Le propane est un autre excellent carburant pour une génératrice. Les moteurs au propane ressemblent beaucoup aux modèles à essence, car ils fonctionnent tous deux selon le principe de l'allumage par étincelle. Ils injectent un mélange d'air et de carburant dans les cylindres du moteur, où une bougie d'allumage enflamme le mélange.

Le propane présente plusieurs avantages qui rendent les génératrices qu'il alimente particulièrement bien adaptées aux besoins résidentiels en matière d'alimentation de secours. L'essence et le diesel peuvent tous deux se dégrader au bout de quelques années et le fait de conserver un bidon de l'un ou l'autre dans la maison peut produire des fumées. Ils peuvent également être renversés, ce qui rendrait le nettoyage difficile. En revanche, le propane peut être conservé indéfiniment, sans risque de déversement. Il est important de noter que de nombreux propriétaires ont déjà une bouteille de propane à portée de main, ce qui élimine le besoin de conserver un bidon supplémentaire dans la maison.


Les génératrices au gaz naturel, qu'est-ce que c'est et comment ça fonctionne?

Les génératrices au gaz naturel sont très semblables aux modèles au propane. Les deux nécessitent des bougies d'allumage et affichent un profil d'émissions propres. L'utilisation du gaz naturel n'est généralement pratique que dans les endroits qui sont desservis par un réseau de distribution de gaz naturel, le stockage en libre-service étant rarement une possibilité. Ce n'est pas toujours le cas dans les zones rurales.

Les génératrices au gaz naturel sont bien adaptées aux applications commerciales et industrielles desservies par un approvisionnement fiable en gaz naturel. Aux États-Unis, le gaz naturel a tendance à être très abordable et largement disponible. Dans les utilisations à grande échelle nécessitant de grandes quantités de combustible, le fait de ne pas avoir à entreposer le combustible sur place est un avantage majeur. De plus, le gaz naturel brûlant très proprement, les réglementations environnementales applicables aux génératrices au gaz naturel ont tendance à être beaucoup moins restrictives que celles qui s'appliquent aux modèles à combustible liquide. Par conséquent, elles peuvent parfois être utilisées de manière plus souple que les modèles au diesel ou à l'essence.
 

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Génératrices d'alimentation d'urgence, principale ou continue

L'un des principaux critères de choix d'une génératrice dépend de l'usage recherché. Les génératrices sont classées différemment en fonction de leur utilisation spécifique et de leur capacité à fonctionner dans différentes conditions. Choisir le bon modèle pour la tâche à accomplir, c'est comme choisir les bonnes batteries pour un VR : la batterie du moteur met le VR en marche et doit donc fournir une puissante impulsion d'électricité, tandis que la batterie de service, qui alimente les lumières et le réfrigérateur, doit fournir une quantité progressive d'électricité sur une plus longue période.

Les génératrices fonctionnent de la même manière : le besoin en électricité sera-t-il très élevé pendant une courte période ou assez élevé pendant une période plus longue, ou la génératrice sera-t-elle utilisée en permanence? Il existe trois catégories principales d'utilisation des génératrices : l'alimentation de secours, l'alimentation de base l'alimentation continue.

De nombreux modèles de génératrices sont maintenant produits de façon modulaire, ce qui permet d'avoir la combinaison de moteur et d'alternateur la plus adaptée à la situation.

Une génératrice peut être utilisée pour différentes applications et présenter des puissances nominales différentes selon l'application. En d'autres termes, la même génératrice peut fournir 100 % de sa puissance nominale maximale dans une application telle qu'une utilisation d'urgence, mais seulement 70 % en fonctionnement continu.

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Qu'est-ce qu'une génératrice d'urgence, et comment ça fonctionne?

Une génératrice d’urgence alimente en électricité un site en cas de panne de courant, aussi longtemps qu'il le faut jusqu'à ce que le courant soit rétabli. Les hôpitaux, les centres de données, les bâtiments publics, les bureaux et bien d'autres édifices ont besoin de ce type de génératrices pour garantir le maintien des services essentiels en cas de panne. D’autres types de services non essentiels, tels que l'éclairage et la climatisation des hôtels, doivent également être maintenus en cas de panne de courant. Les génératrices d’urgence doivent être prêtes à fonctionner en quelques secondes ou minutes, en fonction de la gravité de la situation. Elles sont conçues pour une utilisation limitée et sont destinées à des démarrages rapides et puissants.


Qu'est-ce qu’une génératrice à puissance de base, et comment ça fonctionne?

Les génératrices à puissance électrique de base sont conçues pour une charge variable et une utilisation illimitée. On s’en sert dans des situations où l'on a besoin d'électricité, mais en quantités fluctuantes. Par exemple, pour des activités aux extrémités d'un site où il n'y a pas d'électricité, pour alimenter un portique de quai dans un port ou pour fournir de l'électricité supplémentaire à un bâtiment pendant les heures de pointe. Pour les entreprises commerciales et industrielles, l'utilisation de générateurs d'énergie primaire pendant les périodes de demande de pointe peut être un moyen efficace de réduire ou d'éliminer les primes de puissance de pointe du service public. Dans certains cas, ce type de génératrice permet aux utilisateurs de développer leur activité tout en évitant une mise à niveau coûteuse de leur infrastructure de connexion au réseau. Les génératrices à puissance électrique de base ne sont pas conçues pour fonctionner 24/7 à plein régime, mais pour répondre à une demande flexible à différents moments de la journée.


Qu'est-ce qu’une génératrice à alimentation continue, et comment ça fonctionne?

Les génératrices à alimentation continue sont des « bêtes de somme » conçues pour fournir un approvisionnement permanent en électricité. Elles sont nécessaires dans les endroits où il n'existe pas de réseau électrique fiable, comme dans les exploitations minières éloignées ou à bord des navires.

La conception des génératrices destinées à des usages différents n’est pas la même. Par exemple, les génératrices d'énergie principale et d'énergie continue sont dotées de systèmes de refroidissement plus importants et ont tendance à fonctionner à des vitesses de rotation plus faibles pour prolonger leur durée de vie, alors que les modèles d'urgence ont besoin de vitesses plus rapides pour être mis sous tension rapidement.


Génératrices domestiques, commerciales et industrielles

Comment fonctionne une génératrice pour la maison?

Les génératrices pour la maison sont plus petites que les celles destinées aux utilisations commerciales et industrielles, mais elles fonctionnent de la même manière et comportent les mêmes composants La meilleure façon d'installer une génératrice domestique est de la connecter au panneau électrique principal de la maison, afin qu'elle puisse alimenter tous les circuits électriques de la maison au besoin. Ce raccordement s'effectue à l'aide d'un dispositif appelé commutateur de transfert, qui empêche l'électricité de passer de la génératrice aux lignes électriques, de sorte que les travailleurs des services publics ne risquent pas de recevoir un choc électrique en travaillant sur les lignes.

La plupart des foyers utilisent des génératrices aux fins d’alimentation d’urgence. En cas de panne électrique, l’appareil détecte l’absence d'énergie et se met automatiquement en marche, généralement en quelques secondes.

Les génératrices portatives, versions réduites des modèles pour la maison, sont équipées d'un moteur dont la taille est environ la moitié de celle d'un moteur de tondeuse à gazon. Bon nombre de ces génératrices ne pèsent pas plus de 50 kg. Leur portabilité en fait un appareil idéal pour les voyages en camping, les repas en plein air et les projets de construction.

Les génératrices portatives modernes sont équipées de prises CA standard et de ports de charge USB. Certaines sont même dotées de la connectivité Bluetooth et d'une application qui permet à l'utilisateur de surveiller l'état de l’appareil sur un téléphone intelligent. D'autres ont des batteries intégrées qui fournissent de l'énergie pendant un certain temps sans avoir à démarrer le moteur. Les génératrices portatives ne doivent jamais être utilisées à l'intérieur, dans un véhicule ou dans une tente, car ils peuvent dégager du monoxyde de carbone, un gaz mortel.


Quelle capacité de génératrice pour la maison me faut-il?

Une génératrice de petite capacité est généralement suffisante pour alimenter toutes les lumières, les appareils électroniques et les petits appareils de la maison. En revanche, pour l’alimentation d’appareils gourmands en énergie, comme des cuisinières ou des plinthes électriques, un modèle de plus grande capacité s’imposera. La capacité d’une génératrice pour la maison dépend de la quantité d'électricité consommmée. Vous pouvez utiliser notre Calculateur de capacité de la génératrice pour évaluer vos besoins.

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Comment fonctionnent les génératrices commerciales?

Les génératrices commerciales fonctionnent comme cela est expliqué ci-dessus et peuvent être alimentées par différents combustibles Parmi les utilisations commerciales courantes, on trouve l'alimentation de secours dans les secteurs de la santé et des centres de données. Les hôpitaux ont besoin d'une production d'énergie de secours fiable dans la mesure où toute perte d'énergie peut signifier des décès, la panne de systèmes de survie et l’arrêt des salles d'opération. Les centres de données ont aussi besoin d'une alimentation électrique fiable, car une coupure de courant peut mettre en danger des données gouvernementales et commerciales importantes. De nombreux autres secteurs commerciaux choisissent d'installer des génératrices comme alimentation d’urgence, des hôtels aux écoles en passant par les immeubles de bureaux commerciaux.

Les génératrices servent également à fournir de l'énergie en continu dans des installations commerciales et institutionnelles, par exemple dans le cas de systèmes de production combinée de chaleur et d'électricité (cogénération). Il est ainsi judicieux d'installer une génératrice dans un grand bâtiment ou un campus ayant besoin de chauffage en plus de l’alimentation électrique. En effet, lorsque l'énergie du combustible est convertie en électricité dans une génératrice, ou même dans une centrale électrique, environ la moitié de cette énergie est perdue sous forme de chaleur. Au lieu de gaspiller cette chaleur, les systèmes de cogénération l'utilisent pour garder le bâtiment chaud, tout en produisant de l'électricité.


De quelle capacité de génératrice commerciale ai-je besoin?

La capacité de la génératrice choisie dépend de l’utilisation qui en est recherchée. Il faut s'assurer que la puissance nominale correspond à l'utilisation voulue, qu’il s’agisse d’alimentation d'urgence, d'principale ou continue. Pourquoi ne pas utiliser notre solution de pointe,PowerSuite, pour comprendre vos besoins en matière de production d'électricité?


Comment fonctionnent les génératrices industrielles?

Les génératrices industrielles fonctionnent de la même manière que celle décrite ci-dessus, mais sont généralement conçues pour être plus robustes et pouvoir fonctionner dans des conditions difficiles. Les génératrices utilisées dans les mines, par exemple, peuvent être exposées à des conditions très poussiéreuses et nécessitent des composants de filtrage de l'air et du carburant améliorés. Celles employées dans les exploitations chimiques et pétrochimiques peuvent fonctionner dans des environnements corrosifs ou explosifs et doivent donc être dotées de dispositifs de sécurité appropriés. De plus, les génératrices industrielles peuvent être soumises à des exigences de fiabilité accrues. Les opérations de forage pétrolier et gazier, par exemple, peuvent subir des dizaines, voire des centaines de milliers de dollars de pertes en une seule journée si l'alimentation sur site n'est pas disponible. Dans les exploitations minières, une perte d'alimentation peut signifier une perte de ventilation dans la mine, ce qui mettrait la vie des travailleurs souterrains en danger. Les génératrices industrielles doivent être configurées de manière à fournir la combinaison de puissance nécessaire - puissance de secours, puissance principale et puissance continue - pour garantir des opérations sûres et efficaces. Il y a un monde de différence entre une génératrice qui garde les lumières allumées dans un immeuble de bureaux du Midwest et une génératrice qui chauffe un bâtiment dans les régions gelées du Canada.

Les services publics d'électricité peuvent également utiliser des génératrices pour alimenter le réseau électrique. En raison de leur grande flexibilité et de leurs capacités de démarrage rapide, ces appareils sont le complément idéal des ressources de production d'énergie solaire et éolienne sur un réseau électrique. Par exemple, lorsque des nuages apparaissent et masquent le soleil, les génératrices peuvent rapidement se mettre en marche et reprendre la charge précédemment desservie par les panneaux solaires. Elles sont également idéales pour alimenter le réseau électrique sur les îles, où elles viennent de plus en plus souvent s'ajouter aux ressources solaires et éoliennes et au stockage de l'énergie.

Parfois, la distinction entre utilisation commerciale, industrielle et utilitaire est floue. Certaines bases militaires, par exemple, disposent de systèmes de génération qui assurent la disponibilité de l'énergie en cas de panne du service électrique extérieur, mais qui exportent également de l'énergie vers le réseau en temps normal, servant ainsi de centrales électriques pour le réseau public. De la même manière, certains centres de données utilisent leurs génératrices de secours comme des minicentrales électriques pour desservir leur réseau local lorsqu'elles ne servent pas.


De quelle capacité de génératrice industrielle ai-je besoin?

C'est une question de choix. La bonne capacité dépend du type d'utilisation voulue ainsi que de l'électricité nécessaire. Pourquoi ne pas utiliser notre solution de pointe,PowerSuite, pour comprendre vos besoins en matière de production d'électricité?

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