Worldlex Wiki
Article de reference

Courant alternatif

Courant alternatif (courbe verte). L'axe horizontal représente le temps (il représente également la tension/le courant nul) ; l'axe vertical, le courant ou la tension. Le couran...

Worldlex WikiContenu en francaisLecture gratuite
Courant alternatif (courbe verte). L'axe horizontal représente le temps (il représente également la tension/le courant nul) ; l'axe vertical, le courant ou la tension.
courant électrique qui inverse périodiquement son sens et dont l'intensité varie continuellement, contrairement au courant continu (CC) qui circule dans un seul sens. Le courant alternatif est la forme sous laquelle l'électricité est distribuée aux entreprises et aux habitations, et c'est la forme d' énergie électrique que les consommateurs utilisent généralement lorsqu'ils branchent des appareils électroménagers , des téléviseurs , des ventilateurs et des lampes sur une prise murale . Les abréviations CA et CC sont souvent utilisées pour désigner respectivement le courant alternatif et le courant continu , notamment lorsqu'elles précisent l'intensité ou la tension .

La forme d'onde habituelle du courant alternatif dans la plupart des circuits électriques est une sinusoïde , dont la demi-période positive correspond au sens positif du courant et inversement (la période complète est appelée un cycle ). L'expression « courant alternatif » est le plus souvent employée dans le domaine de la distribution d'énergie, mais de nombreuses autres applications utilisent techniquement le courant alternatif, même si ce terme est moins courant. Dans de nombreuses applications, comme les amplificateurs de guitare , différentes formes d'onde sont utilisées, telles que les ondes triangulaires ou carrées . Les signaux audio et radio véhiculés par les câbles électriques sont également des exemples de courant alternatif. Ces types de courant alternatif transportent des informations telles que le son (audio) ou les images (vidéo), parfois par modulation d'un signal porteur alternatif. Ces courants alternent généralement à des fréquences plus élevées que celles utilisées pour le transport d'énergie.

Représentation schématique du transport d'énergie électrique sur de longues distances. De gauche à droite : G = générateur, U = transformateur élévateur, V = tension au début de la ligne de transport, Pt = puissance entrant dans la ligne de transport, I = courant dans les conducteurs, R = résistance totale des conducteurs, Pw = puissance perdue dans la ligne de transport, Pe = puissance atteignant l'extrémité de la ligne de transport, D = transformateur abaisseur, C = consommateurs.

L'énergie électrique est distribuée sous forme de courant alternatif car la tension alternative peut être augmentée ou diminuée à l'aide d'un transformateur . Cela permet de transporter efficacement l'énergie par les lignes électriques à haute tension , ce qui réduit les pertes d'énergie sous forme de chaleur dues à la résistance du conducteur, et de la transformer en une tension plus basse et plus sûre pour l'utilisation. L'utilisation d'une tension plus élevée permet une transmission d'énergie nettement plus efficace. Les pertes de puissance (ΔP ) dans le conducteur sont égales au carré du courant (I) et à la résistance (R) du conducteur, comme le décrit la formule :

Cela signifie que lors de la transmission d'une puissance fixe sur un fil donné, si le courant est divisé par deux (en doublant la tension), la perte de puissance due à la résistance du fil sera réduite d'un facteur quatre.

La puissance transmise est égale au produit du courant et de la tension (en supposant l'absence de déphasage) ; c'est-à-dire,

Par conséquent, la puissance transportée à une tension plus élevée nécessite un courant générateur de pertes moindre que pour la même puissance transportée à une tension plus basse. La puissance est souvent transportée à des centaines de kilovolts sur des pylônes , puis abaissée à quelques dizaines de kilovolts pour être acheminée sur des lignes de niveau inférieur, et enfin réduite à une tension de 100 V à 240 V pour un usage domestique.

Les lignes de transport d'électricité triphasées à haute tension utilisent le courant alternatif pour acheminer l'électricité sur de longues distances entre les centrales électriques et les consommateurs. Les lignes visibles sur la photo se situent dans l'est de l'Utah .

Les hautes tensions présentent des inconvénients, tels qu'une isolation accrue requise et une manipulation généralement plus complexe en toute sécurité. Dans une centrale électrique , l'énergie est produite à une tension adaptée au dimensionnement d'un générateur , puis élevée pour le transport. À proximité des charges, la tension de transport est abaissée aux tensions utilisées par les équipements. Les tensions chez les consommateurs varient légèrement selon le pays et la puissance consommée, mais généralement, les moteurs et l'éclairage sont conçus pour fonctionner avec une tension interphase de quelques centaines de volts. La tension fournie aux équipements tels que l'éclairage et les moteurs est normalisée, avec une plage de tension admissible pour leur fonctionnement. Les tensions d'utilisation standard et les tolérances varient selon les réseaux électriques du monde.

Les systèmes de transport d'électricité en courant continu haute tension (CCHT) sont devenus plus viables grâce aux progrès technologiques qui permettent de modifier efficacement la tension du courant continu. Le transport en courant continu haute tension était impossible aux débuts du transport d'électricité , car il n'existait alors aucun moyen économiquement viable d'abaisser la tension du courant continu pour des applications destinées aux utilisateurs finaux, comme l'éclairage par ampoules incandescentes.

La production d'électricité triphasée est très répandue. La méthode la plus simple consiste à utiliser trois bobines distinctes dans le stator du générateur , décalées physiquement de 120° (un tiers d'une phase complète de 360°). On obtient ainsi trois courants de même amplitude et déphasés de 120° . Si l'on ajoute des bobines opposées (espacées de 60°), on génère les mêmes phases en polarité inverse , et elles peuvent être raccordées ensemble. En pratique, on utilise généralement des générateurs avec un nombre de pôles plus élevé . Par exemple, une machine à 12 pôles comporte 36 bobines (espacées de 10°). L'avantage est qu'il est possible d'utiliser des vitesses de rotation plus faibles pour générer la même fréquence. Par exemple, une machine à 2 pôles tournant à 3 600 tr/min et une machine à 12 pôles tournant à 600 tr/min produisent la même fréquence ; la vitesse la plus basse est préférable pour les machines de grande taille. Si la charge d'un système triphasé est répartie équitablement entre les phases, aucun courant ne circule dans le point neutre . Même dans le pire des cas de charge déséquilibrée (linéaire), le courant de neutre ne dépassera pas le courant de phase le plus élevé. Les charges non linéaires (par exemple, les alimentations à découpage largement utilisées) peuvent nécessiter une barre de neutre et un conducteur de neutre surdimensionnés dans le tableau de distribution en amont afin de gérer les harmoniques . Ces harmoniques peuvent entraîner des niveaux de courant dans le conducteur de neutre supérieurs à ceux d'un ou de tous les conducteurs de phase.

Pour les tensions triphasées d'utilisation, un système à quatre fils est souvent employé. Lors de l'abaissement de tension en triphasé, un transformateur à primaire delta (3 fils) et secondaire étoile (4 fils, avec terre au centre) est fréquemment utilisé, ce qui évite la présence d'un neutre côté alimentation. Pour les petits clients (la définition de « petit client » varie selon le pays et l'ancienneté de l'installation), seule une phase et un neutre, ou deux phases et un neutre, sont acheminés jusqu'au bâtiment. Pour les installations plus importantes, les trois phases et le neutre sont acheminés vers le tableau de distribution principal. À partir de ce tableau triphasé, des circuits monophasés et triphasés peuvent être raccordés. Les systèmes monophasés à trois fils , avec un seul transformateur à point milieu fournissant deux conducteurs de phase, constituent un schéma de distribution courant pour les bâtiments résidentiels et les petits commerces en Amérique du Nord. Ce système est parfois, à tort, qualifié de biphasé . Une méthode similaire est utilisée, pour une raison différente, sur les chantiers de construction au Royaume-Uni. Les petits outils électriques et l'éclairage sont censés être alimentés par un transformateur local à point milieu, avec une tension de 55 V entre chaque conducteur de phase et la terre. Cela réduit considérablement le risque de choc électrique dans le cas où l'un des conducteurs sous tension serait exposé suite à un défaut de l'équipement, tout en permettant une tension raisonnable de 110 V entre les deux conducteurs pour le fonctionnement des outils.

Un fil supplémentaire , appelé fil de liaison (ou de terre), est souvent connecté entre les boîtiers métalliques non conducteurs et la terre. Ce conducteur protège contre les chocs électriques dus au contact accidentel des conducteurs du circuit avec le châssis métallique des appareils et outils portatifs. La liaison de tous les éléments métalliques non conducteurs au sein d'un système complet garantit un chemin de faible impédance vers la terre, suffisant pour évacuer tout courant de défaut jusqu'à ce que le système élimine ce défaut. Ce chemin de faible impédance permet l'évacuation du courant de défaut maximal, provoquant le déclenchement ou la fusion du dispositif de protection contre les surintensités (disjoncteurs, fusibles) le plus rapidement possible et mettant ainsi le système électrique hors tension. Tous les fils de liaison sont reliés à la terre au niveau du tableau électrique principal, de même que le conducteur neutre/d'identification, le cas échéant.

Fréquences d'alimentation CA

fréquence du réseau électrique varie selon les pays et parfois même au sein d'un même pays ; la majeure partie de l'électricité est produite à 50 ou 60 Hz.Hz . Certains pays ont un mélange de réseaux électriques de 50 Hz et de 60 Hz, notamment pour le transport de l'électricité au Japon .

Basse fréquence

Une basse fréquence simplifie la conception des moteurs électriques, notamment pour les applications de levage, de concassage et de laminage, ainsi que des moteurs de traction à collecteur pour des applications telles que le transport ferroviaire . Cependant, elle provoque également un scintillement perceptible dans les lampes à arc et les ampoules à incandescence . L'utilisation de basses fréquences présente aussi l'avantage de réduire les pertes de transmission, qui sont proportionnelles à la fréquence.

Les générateurs d'origine des chutes du Niagara étaient conçus pour produire du courant à 25 Hz, un compromis entre la basse fréquence nécessaire à la traction et aux puissants moteurs à induction, tout en permettant l'alimentation de l'éclairage incandescent (malgré un scintillement perceptible). La plupart des clients résidentiels et commerciaux alimentés en 25 Hz par les chutes du Niagara sont passés au 60 Hz à la fin des années 1950, bien que certains clients industriels utilisaient encore le 25 Hz au début du XXIe siècle. Le courant à 16,7 Hz (anciennement 16 2/3 Hz) est toujours utilisé dans certains réseaux ferroviaires européens, notamment en Autriche , en Allemagne , en Norvège , en Suède et en Suisse .centraux étaient souvent alimentés en 400 Hz ou 415 Hz afin de réduire l'ondulation tout en utilisant des convertisseurs CA/CC internes plus petits.conducteur homogène . Un courant alternatif, quelle que soit sa fréquence, est repoussé du centre du fil vers sa surface extérieure. Ceci est dû au fait qu'un courant alternatif (résultant de l'accélération des charges électriques ) crée des ondes électromagnétiques (un phénomène appelé rayonnement électromagnétique ). Les conducteurs électriques ne sont pas conducteurs d'ondes électromagnétiques (un conducteur électrique parfait empêche toute propagation d'ondes électromagnétiques à l'intérieur de ses limites). Ainsi, un fil constitué d'un conducteur imparfait (un conducteur dont la conductivité électrique est finie, et non infinie) repousse le courant alternatif, ainsi que les champs électromagnétiques associés, vers l'extérieur du fil. Ce phénomène de déviation du courant alternatif vers l'extérieur du conducteur est appelé effet de peau . Un courant continu ne présente pas cet effet, puisqu'il ne crée pas d'ondes électromagnétiques.

Aux très hautes fréquences, le courant ne circule plus dans le conducteur, mais à sa surface, sur une épaisseur de quelques profondeurs de pénétration . La profondeur de pénétration correspond à l'épaisseur à partir de laquelle la densité de courant est réduite de 63 %. Même aux fréquences relativement basses utilisées pour le transport d'énergie (50 Hz – 60 Hz), une distribution non uniforme du courant persiste dans les conducteurs suffisamment épais . Par exemple, la profondeur de pénétration d'un conducteur en cuivre est d'environ 8,57 mm à 60 Hz ; c'est pourquoi les conducteurs à courant élevé sont généralement creux afin de réduire leur masse et leur coût. Cette tendance du courant alternatif à circuler principalement à la périphérie des conducteurs réduit leur section efficace. Ceci augmente la résistance alternative effective du conducteur, la résistance étant inversement proportionnelle à la section. La résistance alternative d'un conducteur étant supérieure à sa résistance continue, il en résulte des pertes d'énergie plus importantes dues à l'effet ohmique (ou pertes par effet Joule) .

fil de Litz . Cette technique permet d'atténuer partiellement l'effet de peau en uniformisant la circulation du courant sur toute la section des conducteurs multibrins. Le fil de Litz est utilisé pour la fabrication d' inductances à facteur de qualité élevé (Q) , réduisant ainsi les pertes dans les conducteurs flexibles transportant des courants très élevés à basses fréquences, et dans les enroulements de dispositifs fonctionnant à des courants radiofréquences plus élevés (jusqu'à plusieurs centaines de kilohertz), tels que les alimentations à découpage et les transformateurs radiofréquences .

Techniques de réduction des pertes par rayonnement

Comme indiqué précédemment, un courant alternatif est constitué de charges électriques soumises à une accélération périodique , ce qui provoque l'émission d' ondes électromagnétiques . L'énergie émise est dissipée. Selon la fréquence, différentes techniques sont utilisées pour minimiser ces pertes.

paires torsadées

Jusqu'à environ 1 GHz, les paires de fils conducteurs sont torsadées dans un câble, formant ainsi une paire torsadée . Cela réduit les pertes dues au rayonnement électromagnétique et au couplage inductif . Une paire torsadée doit être utilisée avec un système de signalisation symétrique afin que les deux fils transportent des courants égaux mais opposés. Chaque fil d'une paire torsadée émet un signal, mais celui-ci est quasiment annulé par le rayonnement de l'autre fil, ce qui entraîne des pertes par rayonnement quasi nulles.

câbles coaxiaux

Les câbles coaxiaux sont couramment utilisés aux fréquences audio et supérieures pour leur praticité. Un câble coaxial est constitué d'un fil conducteur à l'intérieur d'un tube conducteur, séparés par une couche diélectrique . Le courant circulant à la surface du conducteur interne est égal et opposé à celui circulant à la surface interne du tube externe. Le champ électromagnétique est ainsi entièrement confiné à l'intérieur du tube et, idéalement, aucune énergie n'est perdue par rayonnement ou couplage à l'extérieur du tube. Les câbles coaxiaux présentent des pertes acceptables jusqu'à environ 5 GHz. Pour les fréquences micro-ondes supérieures à 5 GHz, les pertes (dues principalement au fait que le diélectrique séparant les tubes interne et externe n'est pas un isolant idéal) deviennent trop importantes, rendant les guides d'ondes plus efficaces pour la transmission d'énergie. Les câbles coaxiaux utilisent souvent une couche diélectrique perforée pour séparer les conducteurs interne et externe afin de minimiser la puissance dissipée par le diélectrique.

guides d'ondes

Les guides d'ondes sont similaires aux câbles coaxiaux, car tous deux sont constitués de tubes, la principale différence étant l'absence de conducteur interne dans les guides d'ondes. Ces derniers peuvent avoir n'importe quelle section transversale, mais les sections rectangulaires sont les plus courantes. Du fait de l'absence de conducteur interne pour le retour du courant, les guides d'ondes ne peuvent pas transporter d'énergie par courant électrique , mais plutôt par champ électromagnétique guidé . Bien que des courants de surface circulent sur les parois internes des guides d'ondes, ces courants ne transportent pas d'énergie. L'énergie est transportée par les champs électromagnétiques guidés. Les courants de surface sont générés par ces champs et ont pour effet de confiner les champs à l'intérieur du guide d'ondes, empêchant ainsi leur propagation vers l'extérieur. Les dimensions des guides d'ondes étant comparables à la longueur d'onde du courant alternatif à transmettre, leur utilisation est limitée aux fréquences micro-ondes. Outre cette contrainte mécanique, la résistance électrique des métaux non idéaux constituant les parois du guide d'ondes entraîne une dissipation d'énergie (les courants de surface circulant dans des conducteurs dissipatifs dissipent l'énergie). Aux fréquences plus élevées, la puissance perdue par dissipation devient inacceptable.

Fibre optique

Aux fréquences supérieures à 200 GHz, les dimensions des guides d'ondes deviennent irréalistes et les pertes ohmiques dans leurs parois deviennent importantes. On peut alors recourir aux fibres optiques , qui constituent une forme de guide d'ondes diélectrique. À ces fréquences, les notions de tension et de courant ne sont plus pertinentes.

Une tension alternative sinusoïdale.
fonction du temps par l'équation suivante :

où

La valeur crête à crête d'une tension alternative est définie comme la différence entre sa valeur de crête positive et sa valeur de crête négative. Puisque la valeur maximale est +1 et la valeur minimale est −1, une tension alternative oscille entre ces deux valeurs . La tension crête à crête, généralement notée V<sub>c</sub> ou V <sub>c</sub> , est donc V<sub>c</sub> = ΔV<sub>c</sub> - ΔV<sub>c</sub> .

tension quadratique moyenne
Une onde sinusoïdale, sur un cycle (360°). La ligne pointillée représente la valeur efficace (RMS) à (environ 0,707).

Ci-dessous, une forme d'onde alternative (sans composante continue ) est supposée.

La tension RMS est la racine carrée de la moyenne sur un cycle du carré de la tension instantanée.

Pouvoir

Exemples de courant alternatif

Pour illustrer ces concepts, prenons l'exemple d'une alimentation secteur de 230 V CA , utilisée dans de nombreux pays . On l'appelle ainsi car sa valeur efficace (RMS) est de 230 V. Cela signifie que la puissance moyenne fournie est équivalente à celle fournie par une tension continue de 230 V. Pour déterminer la tension de crête (amplitude), on peut réarranger l'équation ci-dessus comme suit :

Pour une tension alternative de 230 V, la tension de crête est donc de 325 V environ , et la puissance de crête est de 460 W. Au cours d'un cycle (deux cycles pour la puissance), la tension passe de zéro à 325 V, la puissance de zéro à 460 W, puis toutes deux retombent à zéro. Ensuite, la tension redescend à -325 V, tandis que la puissance remonte à 460 W, avant de revenir à zéro.

transmission d'informations

Le courant alternatif est utilisé pour transmettre des informations , comme dans le cas du téléphone et de la télévision par câble . Les signaux d'information sont véhiculés sur une large gamme de fréquences alternatives. Les signaux téléphoniques analogiques (POTS) ont une fréquence d'environ 3 kHz, proche de la fréquence audio en bande de base . La télévision par câble et les autres signaux d'information transmis par câble peuvent alterner à des fréquences allant de quelques dizaines à plusieurs milliers de mégahertz. Ces fréquences sont similaires à celles des ondes électromagnétiques souvent utilisées pour transmettre le même type d'information par voie hertzienne .

Histoire

Le premier alternateur produisant du courant alternatif était un générateur électrique basé sur les principes de Michael Faraday , construit par l'instrumentiste français Hippolyte Pixii en 1832. Pixii ajouta par la suite un commutateur à son dispositif pour produire le courant continu, alors plus couramment utilisé. La première application pratique documentée du courant alternatif est due à Guillaume Duchenne , inventeur et développeur de l'électrothérapie . En 1855, il annonça que le courant alternatif était supérieur au courant continu pour le déclenchement électrothérapeutique des contractions musculaires. La technologie du courant alternatif fut ensuite développée par la société hongroise Ganz Works dans les années 1870, puis, dans les années 1880, par Sebastian Ziani de Ferranti , Lucien Gaulard et Galileo Ferraris .

En 1876, l'ingénieur russe Pavel Yablochkov inventa un système d'éclairage où des ensembles de bobines d'induction étaient installés le long d'une ligne à courant alternatif haute tension. Au lieu de modifier la tension, les enroulements primaires transmettaient l'énergie aux enroulements secondaires, lesquels étaient reliés à une ou plusieurs lampes à arc de sa conception Ce système permettait d'éviter que la défaillance d'une lampe ne mette hors service l'ensemble du circuit . En 1878, l' usine Ganz de Budapest, en Hongrie, commença à fabriquer du matériel d'éclairage électrique et, dès 1883, avait installé plus de cinquante systèmes en Autriche-Hongrie . Leurs systèmes à courant alternatif utilisaient des lampes à arc et à incandescence, des générateurs et d'autres équipements

Transformers

Le développement du transformateur de courant alternatif , permettant de convertir la tension de bas en haut et inversement, a rendu possible la production et la consommation d'électricité à basse tension, ainsi que son transport sur de longues distances à haute tension, avec des économies sur le coût des conducteurs et les pertes d'énergie. Un transformateur de puissance bipolaire à noyau ouvert, mis au point par Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs, fut présenté à Londres en 1881 et suscita l'intérêt de Westinghouse . Ils présentèrent un système d'alimentation en courant alternatif pour l'éclairage à arc et à incandescence, installé dans cinq gares du Metropolitan Railway à Londres , ainsi qu'un système de distribution monophasé à plusieurs utilisateurs à Turin en 1884. Ces premières bobines d'induction à circuit magnétique ouvert étaient peu efficaces pour le transfert de puissance aux charges . Jusqu'aux alentours de 1880, le modèle de transmission de courant alternatif d'une source haute tension vers une charge basse tension reposait sur un circuit en série. Les transformateurs à noyau ouvert, avec un rapport de transformation proche de 1:1, étaient connectés en série, leurs primaires permettant ainsi l'utilisation d'une haute tension pour le transport tout en fournissant une basse tension aux lampes. Le défaut inhérent à cette méthode résidait dans le fait que l'extinction d'une seule lampe (ou autre appareil électronique) affectait la tension fournie à tous les autres appareils du même circuit. De nombreux transformateurs réglables ont été conçus pour pallier ce problème inhérent au circuit série, notamment ceux utilisant des méthodes de réglage du noyau ou de dérivation du flux magnétique autour d'une partie de la bobine. Les systèmes à courant continu ne présentaient pas ces inconvénients, ce qui leur conférait des avantages considérables par rapport aux premiers systèmes à courant alternatif.Sebastian de Ferranti , qui développait des générateurs et des transformateurs de courant alternatif à Londres depuis 1882, a repensé le système de courant alternatif de la centrale électrique de Grosvenor Gallery en 1886 pour la London Electric Supply Corporation (LESCo). Il y a intégré des alternateurs de sa propre conception et des transformateurs à noyau ouvert avec connexions en série pour les charges d'utilisation, similaires à ceux de Gaulard et Gibbs. En 1890, il a conçu leur centrale électrique de Deptford et a transformé la centrale de Grosvenor Gallery, située de l'autre côté de la Tamise, en un poste de transformation électrique , ouvrant la voie à l'intégration des installations anciennes dans un système d'alimentation en courant alternatif universel.

L'équipe hongroise ZBD ( Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy , Miksa Déri ), ​​inventeurs du premier transformateur à connexion shunt à noyau fermé à haut rendement
Le prototype du transformateur ZBD est exposé à l'exposition commémorative Széchenyi István, à Nagycenk, en Hongrie.

À l'automne Károly Zipernowsky , Ottó Bláthy et Miksa Déri (ZBD), trois ingénieurs des usines Ganz de Budapest, constatèrent que les transformateurs à noyau ouvert étaient impraticables, car incapables de réguler la tension de manière fiable. Bláthy avait suggéré l'utilisation de noyaux fermés, Zipernowsky celle de connexions shunt parallèles , et Déri avait réalisé les expériences. Dans leurs demandes de brevet conjointes de 1885 pour de nouveaux transformateurs (appelés plus tard transformateurs ZBD), ils décrivirent deux modèles à circuits magnétiques fermés où des enroulements de cuivre étaient soit enroulés autour d'un noyau annulaire de fils de fer, soit entourés d'un noyau de fils de fer. Dans les deux modèles, le flux magnétique reliant les enroulements primaire et secondaire circulait presque entièrement à l'intérieur du noyau de fer, sans aucun trajet intentionnel dans l'air (voir noyaux toroïdaux ). Les nouveaux transformateurs étaient 3,4 fois plus efficaces que les dispositifs bipolaires à noyau ouvert de Gaulard et Gibbs. En 1884, l'usine Ganz expédia les cinq premiers transformateurs à courant alternatif à haut rendement au monde. Ce premier exemplaire avait été fabriqué selon les spécifications suivantes : 1 400 W, 40 Hz, 120:72 V, 11,6:19,4 A, rapport de transformation 1,67:1, monophasé, de type coquille.

Les brevets ZBD incluaient deux autres innovations majeures et interdépendantes : l’une concernant l’utilisation de charges connectées en parallèle, au lieu de charges connectées en série ; l’autre concernant la possibilité d’utiliser des transformateurs à rapport de transformation élevé, permettant ainsi d’obtenir une tension du réseau d’alimentation bien supérieure (initialement de 140 à 2 000 V) à la tension des charges ( initialement de 100 V). Utilisés dans les réseaux de distribution électrique connectés en parallèle, les transformateurs à noyau fermé ont finalement rendu techniquement et économiquement possible l’alimentation électrique pour l’éclairage des habitations, des commerces et des espaces publics.

L'autre étape essentielle fut l'introduction des systèmes à « source de tension, à forte intensité de tension » (VSVI) grâce à l'invention des générateurs de tension constante en 1885. Au début de 1885, les trois ingénieurs éliminèrent également le problème des pertes par courants de Foucault grâce à l'invention du laminage des noyaux électromagnétiques. Ottó Bláthy inventa également le premier compteur d'électricité à courant alternatif .

Adoption

En mai 1885, lors de l'Exposition nationale hongroise de Budapest, Deri, Blathy et Zipernowski ont réalisé une démonstration à grande échelle de ce qui est largement considéré comme le prototype des systèmes d'éclairage modernes à courant alternatif. Leur système utilisait 75 transformateurs connectés en parallèle, alimentant 1 067 lampes incandescentes Edison à partir d'un générateur de courant alternatif fournissant 1 350 V.

Le système d'alimentation en courant alternatif (CA) s'est rapidement développé et répandu après 1886. En mars de cette année-là, l'ingénieur William Stanley de Westinghouse , concevant un système basé sur le transformateur Gaulard et Gibbs , a fait la démonstration d'un système d'éclairage à Great Barrington : la tension de 500 volts d'un générateur Siemens était convertie en 3 000 volts, puis abaissée à 500 volts par six transformateurs Westinghouse. Grâce à cette installation, la société Westinghouse a pu alimenter avec succès trente ampoules à incandescence de 100 volts dans vingt magasins de la rue principale de Great Barrington . À l'automne de la même année, les ingénieurs de Ganz ont installé à Rome un système d'alimentation à transformateur ZBD avec des générateurs de CA .

Système de climatisation Westinghouse Early AC 1887 ( brevet américain 373035 )

S’appuyant sur le succès de Stanley, la nouvelle société Westinghouse Electric entreprit de développer une infrastructure électrique à courant alternatif (CA) à travers les États-Unis. La diffusion des systèmes Westinghouse et autres systèmes à courant alternatif provoqua une réaction à la fin de 1887 de la part de Thomas Edison (partisan du courant continu), qui tenta de discréditer le courant alternatif, le jugeant trop dangereux, lors d’une campagne publique appelée la « guerre des courants ».

En 1888, les systèmes à courant alternatif gagnèrent en viabilité grâce à l'introduction d'un moteur à courant alternatif fonctionnel , dont ils étaient jusqu'alors dépourvus. Ce moteur, à induction , fut inventé indépendamment par Galileo Ferraris et Nikola Tesla (l'invention de Tesla étant commercialisée sous licence par Westinghouse aux États-Unis). Ce moteur fut ensuite développé indépendamment, pour aboutir à sa forme triphasée moderne par Mikhail Dolivo-Dobrovolsky et Charles Eugene Lancelot Brown en Allemagne d'une part, par Jonas Wenström en Suède d'autre part, bien que Brown privilégiât le système biphasé.

La centrale hydroélectrique d'Ames , construite en 1890, fut parmi les premières centrales hydroélectriques à courant alternatif. En 1890, une ligne de transport d'électricité monophasée, alimentée par une centrale hydroélectrique située aux chutes de Willamette, en Oregon, acheminait l'électricité sur 22,5 km (14 miles) en aval jusqu'au centre-ville de Portland pour l'éclairage public. En 1891, un autre système de transport fut installé à Telluride, dans le Colorado. Le premier système triphasé fut mis en place en 1891 à Francfort , en Allemagne. La ligne Tivoli - Rome fut achevée en 1892. La centrale de San Antonio Canyon fut la troisième centrale hydroélectrique monophasée à courant alternatif commerciale des États-Unis à fournir de l'électricité sur de longues distances. Elle fut achevée le 31 décembre 1892 par William Decker, originaire d'Almarín , pour alimenter la ville de Pomona, en Californie , située à 22,5 km (14 miles) de là. Parallèlement, la possibilité de convertir une chute d'eau située à distance en énergie électrique a été explorée à la mine de Grängesberg en Suède.m à Hällsjön, dans la commune de Smedjebackens, où se trouvait une petite usine sidérurgique. En 1893, un projet triphasé fut mis en œuvre.kV a été utilisé pour transférer 400 chevaux sur une distance dekm , constituant ainsi la première application commerciale. En 1893, Westinghouse construisit un système à courant alternatif pour l' Exposition universelle de Chicago . La même année, Decker conçut la première centrale électrique triphasée commerciale américaine utilisant le courant alternatif : la centrale hydroélectrique de Mill Creek n° 1, près de Redlands, en Californie . La conception de Decker intégrait une transmission triphasée de 10 kV et établit les normes pour l'ensemble du système de production, de transmission et de moteurs utilisé aujourd'hui aux États-Unis. La centrale hydroélectrique Adams d'origine, située à Niagara Falls et équipée de trois générateurs biphasés, a été mise en service en août 1895, mais n'a été raccordée au réseau de transport d'électricité qu'en 1896. La centrale hydroélectrique de Jaruga, en Croatie, a été mise en service deux jours plus tard, le 28 août 1895. Son générateur (42 Hz, 240 kW) a été fabriqué et installé par la société hongroise Ganz , tandis que la ligne de transport reliant la centrale à la ville de Šibenik mesurait Charles Steinmetz , Oliver Heaviside et bien d'autres. Les calculs dans les systèmes triphasés déséquilibrés ont été simplifiés par les méthodes des composantes symétriques présentées par Charles LeGeyt Fortescue en 1918.