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 :

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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