Réflexion sur le Couple Mécanique de la Réactance d’Induit dans les alternateurs


Avant propos :

Je sais que l’on ne devrait appréhender la physique uniquement qu’avec des formalismes mathématiques. Les mots prêtent à une multitude d’interprétations, qui fournissent autant de vrais-faux sens. La science est décrite dans un langage exempt d’ambiguïtés, le langage mathématique.

Je sais aussi que les phénomènes physiques se moquent bien de l’interprétation qu’on leur attribue. Faute d’un savoir scientifique élaboré sur les ondes et l’électromagnétisme, je réfléchis donc sur des phénomènes physiques avérés. Car bien que pour la science, le formalisme prévale sur le langage, dans la pratique, les faits avérés valident ou invalident le formalisme.

Je vais tenter de décrire avec des mots, un concept dont je ne peux réaliser l’expérimentation, car bien trop complexe pour un modeste particulier. Cependant l’objectif est trop important pour que j’en reste à ce stade. C’est pourquoi j’ai décidé de divulguer ma théorie.

RAPPEL :

Induction électromagnétique :

CMRI_1

Loi de Faraday : La variation (delta d) temporelle (t) du flux magnétique (Φ) à travers un circuit fermé, y engendre une force électromotrice (e) induite.

L’induction électromagnétique dépend intrinsèquement du temps.

Loi de Lenz : L’induction produit des effets qui s’opposent aux causes qui lui ont donné naissance. Ce qui explique le signe « – » contenu dans la loi de Faraday.

L’induction est un phénomène électromagnétique, du à une variation temporelle du champ magnétique, qui engendre un champ électrique dans le conducteur.

La lettre Φ ou est utilisée pour symboliser le champ magnétique ou flux magnétique.

Onde électromagnétique :

L’onde électromagnétique, résulte d’une vibration entre un champ électrique et un champ magnétique pouvant se propager parmi les milieux matériels comme immatériels (vide).

En milieu donné, la fréquence et la longueur d’onde sont liées par la formule : (λ = c/f = c*T) ou λ est la longueur d’onde en mètre (m), c la célérité de propagation de l’onde en mètre par seconde (m.s-1), f la fréquence en (Hz/s) et T la période temporelle en seconde (s).

CMRI_2

La fréquence d’une onde reste inchangée lorsque l’onde passe d’un milieu à un autre dans lequel la vitesse (célérité) est différente, mais sa longueur d’onde peut varier.

CMRI_3

Au plus la longueur d’onde d’une onde électromagnétique diminue, dans un milieu à célérité constante, au plus l’énergie qu’elle transporte augmente et inversement.

Une onde électromagnétique ne transporte pas de matière, c’est le résultat d’une vibration entre un champ électrique et un champ magnétique.

Il est donc possible de transporter de l’énergie sans support matériel.

FAITS AVÉRÉS :

Actuellement, les alternateurs mono-rotor en charge opposent une force contre électromotrice ou f.c.é.m. qui s’oppose à la rotation. Je préfère employer l’expression Couple Mécanique de la Réactance d’Induit (CMRI) à la place du terme f.c.é.m. C’est l’appel d’énergie de ce couple que doit équilibrer le moteur entraînant l’alternateur en charge. Cette énergie due au CMRI est environ aux pertes près, l’équivalent de l’énergie utile équilibrée par sa transformation dans la charge à l’extérieur de l’alternateur.

Dans les alternateurs actuels le circuit magnétique (CM) est ouvert face aux pôles inducteurs.

Le CMRI (lignes rouges) est toujours en opposition à la rotation (flèches bleues), une fois il s’oppose au champ inducteur pour contrarier la rotation, une fois il s’additionne au champ inducteur pour contrarier la rotation. Je n’ai pas représenté les lignes du champ magnétique inducteur, qui est une fois en addition une fois en soustraction au mouvement.

CMRI_4

Les lignes de champ, induites ou inductrices, peuvent s’orienter dans l’espace ou dans la masse des CM et des aimants, pour atteindre un pôle inverse ou s’opposer à un pôle identique.

Le CMRI s’oppose à la rotation, que l’induit ou l’inducteur soit sur le rotor ou le stator.

La motricité doit donc fournir en plus des pertes, l’appel de puissance nécessaire pour compenser le CMRI. Cet appel de puissance à fournir en charge est égal, aux pertes près, à la puissance utile équilibrée par sa transformation dans la charge à l’extérieur de l’alternateur.

Avec pour les rendements : moteur 80% et alternateur 90%. Dont environs pour les alternateurs, 2 % de pertes mécaniques et 8% de pertes électromagnétiques.

Synoptique des puissances dans un alternateur actuel en charge à aimants permanents.

CMRI_5

Toutes les formules des puissances sont équilibrées, à l’intérieur comme à l’extérieur de l’alternateur, dans le respect du principe de la thermodynamique.

A ma connaissance une puissance (Pu) ne peut être effective simultanément à deux endroits différents, à l’extérieur et à l’intérieur de l’alternateur. Je privilégie donc à l’intérieur de l’alternateur la formule Pf = Pta+Pc et à l’extérieur de l’alternateur la formule Pu = Pt

Si le CMRI ne s’opposait plus au moteur, ce dernier devrait fournir tout au plus les 10% de pertes dans l’alternateur, voir que 2%. Car les 8% sont attribuables aux phénomènes électriques et électromagnétiques, effet joules, pertes magnétiques et ferromagnétiques …, imputable sur la puissance utile en sortie de l’alternateur.

Donc, environ 10% d’énergie absorbée me fournirait 90% d’énergie utilisable.

La faculté des champs magnétiques de s’orienter dans l’espace et les masses, élimine toute possibilité d’exclure le CMRI. Car, pour avoir un mouvement il y aura toujours un espace (entrefer) entre le champ inducteur et le champ induit ou les surfaces ne sont pas constamment face à face.

HYPOTHÈSE

Il faut équilibrer le CMRI sans avoir recours à la motricité. Pour cela il faut l’orienter mécaniquement sur un point d’appui (la carcasse de l’alternateur), afin qu’il trouve une opposition égale à sa valeur, comme celle fournie par la motricité. Bien entendu, ce point d’appui doit se déplacer avec le CMRI.

PRINCIPE :

Action, Réaction, support ou point d’appui : sans considération des pertes mécaniques.

CMRI_6

Si j’applique pendant une seconde, une force motrice (F), additionnée à P, le pignon se déplacera dans la direction de F d’une distance d pendant une seconde.

CMRI_7

Le principe de la thermodynamique est respecté, comme dans les assemblages suivants proposés ou la crémaillère est remplacée par le pignon (couronne dentée) fixe de carcasse. Dans ce cas il faut raisonner avec les couples et les forces. Cela ne change pas le résultat.

AIDE A LA MOTRICITÉ :

Notions de mécanique : Un couple s’exprime en Newton mètre (Nm).

Le couple est une force liée à un mouvement circulaire, il se compose de 2 valeurs: une force F en Newton et un bras de levier R en mètres, qui est le rayon d’action de F par rapport à son axe. La force F est toujours tangentielle au mouvement circulaire.

Le couple C(Nm) = F(N)*R(m).

En mécanique le watt est la puissance développée par une force de 1 newton se déplaçant sur une distance de 1 mètre pendant 1 seconde. Si le point d’application d’une force de 1 newton se déplace à la vitesse de 1 m/s la puissance vaut 1 watt, que le déplacement soit linéaire ou circonférentiel. La mécanique donne la formule suivante: P (Watts) = C (Nm) * ω (rad/s)

Le radian (rad) est une mesure d’angle, 360° = (2π) radians.

Les notions de couple et de puissance sont différentes. Dans un couple aucune notion de temps n’intervient. La puissance est la quantité de travail effectué en 1 seconde.

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Toutes les vitesses angulaires ω sont identiques, nous pouvons donc calculer les puissances pour ω = 2π (rad) = 1 tour (dans le même laps de temps ou le même Δt).

Px sur le pignon vert = Cx*2π = Py’ = Cy’*2π = équilibre

Py (sur l’axe orange) = Cy*2π = Px’ = Cx’*2π = équilibre

Py’’ (sur le pignon fixe) = Cy’’*2π = Ps (réaction du support) = Cs*2π = équilibre.

La puissance Py’’ est utilisée pour déplacer le point d’appui sur le pignon fixe de carcasse.

L’équilibre des couples et des puissances est donc possible pour x et y sur l’axe bleu comme sur l’axe orange, bien que ces axes soient libres.

Le système d’engrenages est équilibré, tout en respectant la loi de la thermodynamique, grâce aux égalités : (Py = Py’ + Py’’) et [(Px = Py’) ainsi que (Py’’ = Ps)]

En conséquence je peux écrire : Il est possible de déplacer 2 charges, une charge y = 2x opposée à une charge x deux fois inférieure à y, avec une motricité (Fm en jaune) égale aux pertes mécaniques. Bien que cette motricité puisse, selon le cas, être inférieure à x.

Car elle ne doit compenser que les pertes mécaniques.

Mécanisme avec engrenages épicycloïde et inverseur de rotation.

La charge axe orange (Fo) = charge axe bleu (Fb) avec le même rayon à leur axe (R).

CMRI_11

L’inverseur inverse la rotation, le réducteur épicycloïdal crée un différentiel de rotation et inverse aussi la rotation. Les petits pignons de l’aide à la motricité ont tous le même rayon (r), donc, quand l’axe bleu fait 1 tour, l’axe vert fait un tour. Le rapport des rayons de l’épicycloïde, impose 2 tours à l’axe orange quand l’axe vert fait 1 tour. Le différentiel de rotation ω est de 1 tour entre les disques bleu et orange. Avec ω en rad/s nous avons : Puissance axe orange Po = Co*2ω = deux fois la puissance axe bleue 2*Pb = 2(Cb*ω)

L’un des deux couples de charge égaux, est inévitablement en addition à la motricité.

CMRI_12

Nous obtenons l’équilibre, les charges égales et opposées ainsi que leurs puissances s’équilibrent entre elles, sur l’axe bleu comme sur l’axe orange, bien que ces axes soient libres.

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Applications pour : treuil, palan, ascenseur, grue, …

Alternateur à aimants permanents adapté pour utiliser l’aide à la motricité.

Pour appliquer le système d’aide à la motricité aux alternateurs en charge, il faut diviser en deux valeurs égales et opposées le CMRI. Pour cela je libère l’induit et l’inducteur pour avoir un alternateur bis rotors.

Je laisse la réactance d’induit s’exprimer dans son environnement habituel, grâce à deux rotors libres sur leur axe, qui sont, l’induit et l’inducteur. Ils tournent à des vitesses différentes dans le même sens, créant un différentiel de rotation ressenti par les masses magnétiques. Ce différentiel de rotation garantie le (ΔΦ/Δt) inducteur.

En charge le CMRI, divisé en deux couples égaux et opposés, devrait tenter de figer les deux rotors avec des forces égales et opposées, comme le ferait un ressort entre les rotors.

Inévitablement l’un des deux couples égaux, sera en addition à la motricité.

Nous obtenons l’équilibre du CMRI, grâce au mécanisme d’aide à la motricité, avec une motricité égale aux pertes mécaniques, bien que l’alternateur soit en charge.

CMRI_14

A ma connaissance, il n’y a aucune raison, pour que la réactance d’induit ne divise pas son couple mécanique en deux valeurs égales et opposées sur chaque rotor de l’alternateur bis rotors.

La fonctionnalité du mécanisme d’aide à la motricité, adapté à l’alternateur bis rotors, se traduit schématiquement, par une des deux phases actuelles, d’opposition du CMRI au mouvement de rotation, mise en addition à ce mouvement. Car l’inducteur est l’induit sont en rotation dans le même sens. Dans le schéma ci-dessous, je n’ai pas représenté les lignes du champ magnétique inducteur.

Les flèches bleues indiquent les sens de rotation.

CMRI_15

Applications : toute usage d’énergie électrique, domestique, voiture, bateaux, chauffage …

CALCULS

Estimation des puissances en jeux pour Pu = 120 KW avec alternateur bis rotors à aimants permanents disposant d’un mécanisme d’aide à la motricité.

1ièr Hypothèse de calcul :

Je calcule les pertes globales dans le système d’engrenages avec la valeur de la puissance absorbée par l’alternateur. C’est le calcul le plus défavorable. J’estime à 5% les pertes mécaniques dans le système d’engrenages

Le CMRI, divisé par deux, est équilibré dans le mécanisme d’aide à la motricité.

CMRI_16

 

Rapport de facilité : 120/14.035 = 8.55

Cependant, les pertes autres que mécaniques sont imputables aux phénomènes électriques et électromagnétiques, effet joules, pertes magnétiques et ferromagnétiques … Qui diminuent d’autant la puissance utile en sortie de l’alternateur bis rotors.

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2ièm Hypothèse de calcul :

Je considère uniquement les pertes mécaniques, nécessaires au mouvement de rotation des deux rotors. Le couple mécanique de la réactance d’induit étant toujours équilibré par le mécanisme d’aide à la motricité. J’estime à 2% les pertes mécaniques dans l’alternateur bis rotors.

CMRI_18

Rapport de facilité 120/2.807 = 42.75

Avec deux ensembles (moteur-alternateur) en cascade le rapport de facilité devrait être de 42.75*42.75 = 1827

L’expérience seul validera ou invalidera ma théorie, qui respecte le principe de la thermodynamique. Car tout est équilibré dans l’assemblage auquel il faut apporter une énergie motrice pour que cela fonctionne. Et à l’extérieure de l’assemblage, la puissance utile de l’alternateur est équilibrée par la puissance transformée dans la charge.

OBJECTIF

Obtenir l’indépendance énergétique :

Dans le schéma ci dessus, le bouclage des puissances dans les encadrés bleus n’est envisageable que si l’expérience pratique s’avérait positive.

Inventeur et auteur : Jacques Lefebvre

Contact par E-mail : jacques.lefebvre@ac-lille.fr

2 commentaires sur “Réflexion sur le Couple Mécanique de la Réactance d’Induit dans les alternateurs

  1. Bonjour à tous,

    Je remercie les lecteurs qui ont eu l’obligeance de bien vouloir noter cet article.
    Cela m’encourage à apporter quelques explications complémentaires, qui j’espère, permettrons de mieux appréhender ma théorie.

    L’éventuelle ambigüité du raisonnement vient de l’interprétation « action-réaction ».
    L’action est la manifestation d’un déséquilibre qui demande une puissance (x).
    La réaction détermine la valeur (x) de ce déséquilibre aux pertes près.

    L’erreur serait de considérer que la puissance absorbée par l’alternateur (Pa), de valeur (x), développe instantanément deux puissances de valeur (x) qui sont la puissance utile (Pu) et la puissance du couple de la réactance d’induit (Pr).
    Car cela revient à considérer que toute action de puissance (x) développe instantanément deux phénomènes physiques de valeur (x) qui sont l’action et la réaction sans considération de leur opposition qui les équilibre.

    Or la réaction qui nous paraît instantanée est inévitablement postérieure à l’action. Cependant, action et réaction son indissociable car elles ne peuvent exister seule et permettent d’équilibrer la formule Pa = Pu aux pertes près.
    Sans réaction pas de déséquilibre ou action, donc pas de puissance absorbée par une quelconque réaction.
    Exemple : bien qu’il soit en mouvement, un astéroïde dans l’espace ne développe pas de puissance utile. Il dispose d’une puissance d’action potentielle qui s’exprimera à hauteur de la réaction éventuellement rencontrée. Car c’est bien la réaction qui détermine la puissance de l’action.

    Aux pertes près, dans l’alternateur le processus est le même. Bien que l’on puisse considérer l’appel de puissance externe à l’alternateur comme l’action (déséquilibre) primaire.
    Le flux inducteur effectif, possède une puissance potentielle (Pa) déterminé par la conception de l’alternateur. Pa se manifeste à hauteur de la réaction (Pr) rencontrée. Et l’appel de puissance externe (action primaire) est déterminé par la réaction (Pu) développée. C’est un triple phénomène « action-réaction » en cascade.
    Si le potentiel de (Pa) est insuffisant, (Pr) l’affaiblira, ainsi que (Pu) et (Pt).

    L’ambiguïté de l’instantanéité des puissances étant écartée, le fonctionnement résumé d’un alternateur actuel se comprend par les puissances en jeu suivantes (aux pertes près) :
    Pa = puissance absorbée (interne à l’alternateur).
    Pr = puissance mécanique de la réactance d’induit (interne à l’alternateur).
    Pu = Puissance utile (externe à l’alternateur).
    Pt = puissance transformée dans la charge (externe à l’alternateur).

    Quand l’alternateur fonctionne à vide :
    Pa = pertes, le circuit induit possède un potentiel de puissance sans déséquilibre, similaire à l’astéroïde dans l’espace.

    Chronologiquement, bien que d’apparence instantanée, les réactions se succèdent. L’action Pt à l’extérieur, met en charge l’alternateur :
    1_ L’action (Pt), déséquilibre le circuit induit à hauteur de la réaction (Pu).
    Pt = Pu, les puissances s’équilibrent à l’extérieur de l’alternateur.
    2_ Pu est la réaction externe qui donne la réaction interne (Pr).
    Pu = Pr, les puissances s’équilibrent entre l’extérieur et l’intérieur de l’alternateur.
    3_ Pr est la réaction interne qui impose le couple moteur à hauteur de (Pa).
    Pr = Pa, les puissances s’équilibrent à l’intérieur de l’alternateur.

    La succession des évènements peut aussi s’écrire sous cette forme :
    L’action Pt donne la réaction Pu, Pu donne la réaction Pr, Pr donne la réaction Pa.
    Il est évident que, si le potentiel de (Pa) est insuffisant, (Pr) sans opposition s’affaiblira, en conséquence, (Pu) s’effondrera ainsi que (Pt).
    Cela indique que nous pouvons simplifier en déterminant (Pt) comme action, qui se stabilise à hauteur de la réaction (Pa).
    En conclusion il n’y a aucune multiplication ou dédoublement de puissance.
    Cette approche non académique du fonctionnement de l’alternateur actuel a le mérite d’éliminer l’ambigüité de l’instantanéité des puissances, car elles se succèdent continuellement par l’apport de (Pa) en respectant le principe de la thermodynamique.

    Cela écrit le système d’aide à la motricité garde toutes ces promesses, que ce soit pour les charges ou pour l’alternateur bis-rotors.
    Car si la réaction détermine la valeur de l’action dans les systèmes actuels, le système d’aide à la motricité équilibre la réaction grâce à l’inertie du support ou point d’appui, sans influencer la motricité. L’équilibre est effectif, l’action reste égale à la réaction.
    Car l’action a pour origine la charge et la réaction est l’inertie du support opposée à cette charge. Action et réaction équilibrées n’ont aucune influence sur la rotation des pignons. Dans ce cas c’est l’action de la motricité, égale à la réaction des pertes mécaniques, qui assume le mouvement.

    Pour comprendre il faut analysée le processus « action-réaction » aux pertes près :

    Pour la charge :
    L’action de la gravité est divisée en deux valeurs égales et opposées. Ces valeurs s’équilibrent par rapport au support ou point d’appui. La valeur de l’action est inévitablement égale à la valeur de la réaction inertielle du support. Cette situation est permanant quelque soit la position des pignons à 360°. Pas de mouvement, car action = réaction, il faut vaincre les pertes mécaniques pour avoir un mouvement. C’est le rôle de la puissance motrice.

    Pour l’alternateur bis rotors :
    L’action du couple mécanique de la réactance d’induit, est divisée en deux valeurs égales et opposées. Ces valeurs s’équilibrent par rapport au support ou point d’appui. La valeur de l’action est inévitablement égale à la valeur de la réaction inertielle du support. Cette situation est permanant quelque soit la position des pignons à 360° et ne peut influencer la motricité, car l’action est égale à la réaction.
    Il faut vaincre les pertes mécaniques pour maintenir le mouvement. C’est le rôle de la puissance motrice sur l’axe de l’alternateur bis rotors.

    C’est un cas similaire aux « ascenseurs à bateaux » dont voici un lien intéressant :
    https://www.dielette.fr/2016/02/25/la-roue-de-falkirk-ascenseur-a-bateaux/

    Bien entendu nous comprenons le fonctionnement des ascenseurs à bateaux qui n’est qu’une partie d’un cycle ou tous les éléments s’équilibrent, La chaleur reçue du soleil, le cycle de l’eau et la gravité. Nous le comprenons d’autant mieux que nous pouvons le constater.
    Cependant ce cycle n’est qu’une partie d’autres cycles bien plus vastes.

    Chercher à imaginer l’infinie avec un cerveau fini, voila une utopie.
    Quoi que, l’antre de la pensée, si antre il y a, est elle située dans le cerveau ?

    Bon revenons à la réalité. Par quelle singularité le système, alternateur bis-rotors associé à l’aide à la motricité, permettrait-il l’autonomie en énergie ? Autonomie non perpétuelle, car rien n’est perpétuel (usure, etc.)

    Les principaux phénomènes physiques d’un alternateur actuel à aimants permanents sont :
    _ Φ, le magnétisme permanent, ne nécessite pas (ou infiniment peu) d’énergie pour être maintenu.
    _ Pa, la puissance absorbée, fait varier Φ par rotation.
    _ -e = (ΔΦ/Δt), l’onde électromagnétique induite, potentiellement équilibrée à vide.
    _ Pt, la puissance transformée à l’extérieure, déséquilibre (-e) en charge.

    En charge dans l’alternateur actuel :
    (-e) déséquilibré par Pt, crée une réaction le (CMRI), qui ne s’oppose pas directement à (-e), mais à Pa responsable du couple de rotation. Il est compréhensible alors que Pa doit assumer l’équilibrage du (CMRI).

    En charge dans l’alternateur bis-rotors associé à l’aide à la motricité :
    (-e) déséquilibré par Pt, crée une réaction le (CMRI), qui est orienté sur le support qui l’équilibre. Il est alors impossible au CMRI de s’opposer à Pa, qui n’assume plus l’équilibrage du CMRI, mais simplement les pertes mécaniques.
    L’environnement des phénomènes physiques avérés reste le même dans les deux cas.

    C’est similaire aux ascenseurs à bateaux, qui dirigent la gravité sur le support d’équilibrage, laissant à la motricité les pertes mécaniques à assumer.
    Que ce soit le cycle, « gravité, chaleur solaire et cycle de l’eau » ou le cycle, « magnétisme, induction, puissance transformée », ils respectent tous deux le principe de la thermodynamique et font tous deux partie d’autres cycles bien plus vastes, susceptibles de dépasser l’entendement.

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  2. Bonjour,

    J’ai enfin une (réponse) démonstration mathématique au sujet du pignon se déplaçant sur la crémaillère. Cela corrobore ce que je supposais intuitivement.
    J’ai donc simplifié mon document. Il ne reste plus que l’alternateur bis-rotors, non encore étudié n’y expérimenté qui reste hypothétique.
    Voici mon nouveau document en lien à télécharger : http://img113.xooimage.com/views/a/1/4/mf-56b3a02.pdf/

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