LE MOTEUR THERMIQUE

Un moteur thermique est toute machine capable de transformer de l'énergie thermique en énergie mécanique. Dans le cas des groupes électrogènes, le moteur thermique est alimenté par du carburant et génère en sortie un mouvement de rotation sur un arbre accouplé à un alternateur afin de produire de l'énergie électrique. Ce mouvement de rotation est obtenu au niveau des moteurs à combustion interne grâce à ses différentes phases de fonctionnement.

 Admission : introduction d'une quantité d'air ou de mélange gazeux dans le cylindre ;

 Compression :l'air ou le mélange gazeux est comprimé dans le cylindre ;

 Explosion détente : brûlure du mélange gazeux par une étincelle électrique pour les moteurs à carburateur. Par contre une injection du combustible dans le mélange gazeux s'effectue pour les moteurs diesels. Dans la Détente, un travail mécanique s’effectue grâce au système de piston bielle et vilebrequin.

 L’échapemment : dégagement de la fumée produite après l’explosion.

Le principe de transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique est

Figure 1 : Principe de transformation de l’énergie thermique en énergie mécanique

La figure 2 montre une vue globale du moteur thermique d’un groupe électrogène.

Figure 2: Moteur Thermique d’un groupe électrogène Emplacement des organes du moteur

Côté avant gauche du moteur 1 Ventilateur

2 Faisceau de câblage vers capteur de pression de contrôle d’injection 3 Sonde de température d’huile moteur

4 Capteur de position d’arbre à cames 5 Capteur de pression d’huile moteur 6 Amortisseur de vilebrequin

7 Carter d’huile de graissage moteur

8 Sonde de température d’air de collecteur d’admission 9 Collecteur d’injecteurs

Energie Mécanique Energie

Thermique MOTEUR

10 Collecteur d’alimentation

11 Orifice de remplissage et jauge d’huile de graissage 12 Module de gestion moteur

13 Crépine de circuit d’alimentation 14 Cartouche de filtre à carburant 15 Démarreur

Côté arrière droit du moteur 16 Support de levage arrière

17 Tuyau de reniflard du moteur 18 Turbocompresseur

19 Soupape de dérivation 20 Volant moteur

21 Carter de volant moteur

22 Cartouche de filtre à l’huile de graissage 23 Raccord d’admission d’air

24 Support de levage avant

25 Sonde de température de liquide de refroidissement 26 Alternateur

27 Tendeur de courroie d’entrainement

28 Cartouche pour filtre inhibiteur de liquide de refroidissement 29 Pompe de liquide de refroidissement

30 Raccord d’admission de liquide de refroidissement 31 Refroidisseur d’huile de graissage

2.1.2.2. L’ALTERNATEUR

Un alternateur est un générateur de tensions et de courants électriques alternatifs. Les alternateurs appartiennent à la classe des machines synchrones.

Leur vitesse de rotation est synchronisée avec la fréquence des courants alternatifs

types : les alternateurs triphasés et monophasés. La tension en sortie est obtenue grâce au mouvement de rotation appliqué à l'entrée qui fait varier le champ magnétique créé par la bobine contenue dans les encoches du rotor d'après la loi de Faraday :

La puissance indiquée par le constructeur est sa puissance apparente (S). Les pertes font que le rendement d'un alternateur est de 0,95%. La puissance mécanique qu’il faut.

Appliquer à l'alternateur est donc : Pm = S / η.

Le principe de transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique est illustré comme sur la figure 3 :

Figure 3 : principe de transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique

Photo 8: alternateur d'un groupe électrogène

Dans les groupes électrogènes, on laisse les spires fixes et on fait tourner les pôles excitateurs qui sont des électro-aimants excités par un courant continu.

L'induit est alors au niveau du stator et l'inducteur au niveau du rotor.

Energie mécanique

Energie Électrique

2.1.2.3. LE STATOR

II est de forme cylindrique et comporte des encoches dans lesquelles sont logés des conducteurs de l'enroulement triphasé. L’enroulement est souvent raccordé en étoile et le neutre accessible pour permettre la mise à la terre. La connexion en étoile des enroulements est préférable à celle en triangle car la tension par phase n'est que 58% de la tension composée. Cela permet de réduire l'épaisseur de l'isolant dans les encoches de la machine.

2.1.2.3.1. LE ROTOR

Le nombre de pôles d'un alternateur est imposé par la vitesse du rotor et la fréquence du courant alternatif à produire. On a :

f =

Avec :

f : la fréquence de la tension induite en hertz (Hz) : Le nombre de paires de pôles du rotor

: la vitesse du rotor en tours par minute (tr/mn)

On remarque également d'autres parties complémentaires communes à plusieurs groupes électrogènes qui sont :

2.1.2.3.2. LE SYSTEME DE REFROIDISSEMENT

Deux formes de production de chaleur doivent être dissipées, il s’agit de :

 La chaleur due aux circuits de refroidissement du moteur ;

 Les rayonnements thermiques du moteur et de l’échappement.

Le radiateur ventilé évacue et canalise la chaleur produite par le circuit de refroidissement.Pourlamise en œuvre de ce procédé, le circuit de refroidissement du moteur est raccordé à un radiateur tubulaire à ailettes monté à l'extrémité du châssis.Ce radiateur est refroidi par le ventilateur entrainé directement par le moteur. Dans tous les cas l'air est soufflé du ventilateur vers le radiateur. Le

montre la figure 4.

Figure 4: Sens d’aération 2.1.2.3.3. LES FILTRES

On distingue principalement trois filtres que sont : les filtres à air, les filtres à carburant et les filtres à huile.

Les filtres à air permettent de purifier l'air en le débarrassant de toutes ses impuretés et des petites particules de poussière afin que l'air destiné à refroidir le moteur soit filtré au maximum. Ce processus s'effectue aussi au niveau du carburant et de l'huile.

2.1.2.3.4. LE TABLEAU DE COMMANDE

Comme le montre la photo 4 un tableau de commande comporte des voyants de signalisation, des commutateurs, des boutons de mise en marche et d'arrêt d'urgence et des appareils de mesure qui sont entre autres :

 un voltmètre pour indiquer la tension fournie par l’alternateur ;

 un fréquentionemètre pour indiquer la fréquence de la tension ;

 un ampèremètre pour indiquer le courant absorbé par la charge ;

 un tachymètre pour indiquer la vitesse de rotation du moteur ;

 un compteur d'heure : il est mis en marche dès que le groupe électrogène démarre. Il permet d'apprécier le temps de fonctionnement du groupe et s'arrête une fois que le groupe est mis à l’arrêt ;

 un manomètre pour la pression d’air ;

 un thermomètre pour la température de fonctionnement du moteur ;

 un contrôleur de charge de la batterie ;

 un contrôleur de niveau d’huile.

Photo 9:Tableau de commande d’un groupe électrogène 2.1.2.3.5. LE DISJONCTEUR

Le disjoncteur permet de protéger la charge qui sera connectée au groupe en cas de défaut électrique. C'est un composant électrique qui assure la rupture du courant électrique lorsqu'il y a surintensité.

2.1.2.3.6. LE CHASSIS ET LE RESERVOIR A COMBUSTIBLE

C'est sur le châssis qu'on monte le groupe électrogène. En ce qui concerne le stockage et l'alimentation de carburant, diverses possibilités se présentent selon la situation concrète spécifique :

 alimentation directe du réservoir qui se trouve sous ou à côté du groupe.

Sauf les cas où l'espace manque, les ‘’base fuel tanks’’ (réservoirs montés sous le groupe) sont à déconseiller. Il vaut mieux placer le réservoir à côté du groupe ;

 le réservoir décrit ci-dessus peut aussi faire office de réservoir journalier qui se remplit automatiquement au départ d'un réservoir principal plus important.

2.1.2.3.7. LA PROTECTION

La protection est faite surtout sur les pièces en rotation notamment au niveau du ventilateur du moteur et au niveau de l’alternateur qui sont placés dans des grilles métalliques.

2.1.2.3.8. LA QUALITE DU COURANT ALTERNATIF

Le courant alternatif fourni par un groupe électrogène doit être régulé. Le choix de la technologie de la régulation de tension est un élément capital pour préserver les appareils alimentés.

2.1.2.3.9. LA TECHNOLOGIE CLASSIQUE

Le régime du moteur détermine la fréquence du courant tandis que la qualité du courant dépend du fonctionnement de l'alternateur. Pour améliorer la qualité du courant délivré par l’alternateur, on utilise un Régulateur Automatique de Tension (AVR : Automatic Voltage Regulator). Le transformateur utilisé pour les plus fortes puissances assure un courant de bonne qualité.

2.1.2.3.10. LA TECHNOLOGIE INVERTER

Elle ne consiste plus à corriger, mais à retraiter complètement et électroniquement les anciens principes fondamentaux de l'alternateur pour approcher le courant sinusoïdal parfait. Ainsi, la fréquence du courant ne dépend plus de la vitesse du moteur, mais d'une horloge électronique. La technologie INVENTER, développée exclusivement par Honda, apporte en plus d'un courant parfait, l'asservissement du régime moteur à la demande de courant. Elle prédispose naturellement ces groupes électrogènes à l'alimentation de tous les appareils électroniques et notamment ceux équipés de composants sensibles et demandant une régulation parfaite.

2.1.2.3.11. SYSTEME DE SYNCHRONISATION DES GROUPES ELECTROGENES SUR LE RESEAU

Le groupe à synchroniser, étant déjà en marche, la mise en synchronisme

se fait de la façon suivante :

Nous commençons par observer la stabilité des paramètres suivantes sur l’écran du tableau de commande tels que : la fréquence qui doit être à 50Hz puis la tension à 400V. Ces paramètres des machines de notre centrale qui seront égaux au réseau de la SBEE (50Hz et 400V) puis nous synchronisons le groupe par notre bouton de synchronisation.

En conclusion partielle, la familiarisation est ainsi faite avec la technologie générale du groupe électrogène.