Présentation
Auteur(s)
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Marcel JUFER : Docteur ès sciences techniques - Professeur à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne - Directeur de l’Institut d’Électromécanique et Machines Électriques - Dr HC Cluj (Roumanie), Mons (Belgique) et Grenoble (France)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La conversion d’énergie électrique en énergie mécanique ou en énergie électrique de tension différente (transformateurs) recourt à deux types de phénomènes :
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les phénomènes électriques associés au courant ;
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les phénomènes magnétiques associés au flux magnétique.
Ces deux types de phénomènes, liés par les équations de Maxwell, interagissent de façon très directe dans les systèmes électromécaniques et électromagnétiques. En effet, les circuits correspondants, supports respectifs du courant et du flux, sont toujours imbriqués.
L’étude de tout système électromécanique peut se rattacher à deux modèles situés à des niveaux différents.
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Le modèle de Maxwell [7], caractérisé par des équations locales, suppose les milieux continus. Il permet, principalement, l’analyse de la distribution des lignes de champ (induction magnétique, densité de courant) associées à un milieu électrique ou magnétique.
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Le modèle de Kirchhoff, caractérisé par la notion de circuits, comprenant des composants (résistance R, inductance L et condensateur C) et des grandeurs (tension U, courant I et flux magnétique Φ ), résulte de l’intégrale de champs ou de variables locales.
Le recours à un tel modèle et aux équations associées, lorsque cela est possible, simplifie l’analyse et en accroît l’efficacité.
L’analyse de circuits magnétiques implique principalement le passage du modèle de Maxwell à celui de Kirchhoff. Cela se fait en prenant en compte les propriétés des phénomènes magnétiques reposant principalement sur la conservation du flux et la perméabilité des divers milieux ; par ailleurs, l’analogie avec les circuits électriques permet une meilleure compréhension des phénomènes.
La maîtrise des circuits magnétiques, sous forme locale ou intégrale, permet de traiter les aimants permanents et les circuits ferromagnétiques, afin de calculer les forces et couples résultants ainsi que les effets parasites tels que saturation et pertes dans le fer.
En dernier lieu, la conception de systèmes utilisant des circuits magnétiques met en évidence, au travers d’exemples, la démarche spécifique.
VERSIONS
- Version courante de août 2010 par Marcel JUFER
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5. Exemples et applications
5.1 Circuit électromagnétique avec entrefers
Un électroaimant présentant deux entrefers (figure 32) est excité par un bobinage concentrique à la colonne centrale. La perméabilité relative du fer est µ r .
Le but de l’étude est de déterminer l’induction dans chacun des entrefers pour un courant I circulant dans un bobinage de N spires. Dans l’exemple de la figure 32, on a N I = 1 200 A.
La démarche proposée est basée sur les hypothèses suivantes :
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la distribution de l’induction est uniforme dans chacune des sections perpendiculaires aux lignes de champ ;
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les lignes de champ forment des angles droits dans les coudes du circuit magnétique ;
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les effets de frange dans les zones d’entrefer sont négligés ;
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la perméabilité du fer est supposée constante (µ r = 500).
La marche à suivre consiste à remplacer le système par un circuit magnétique équivalent. Pour ce faire, les réluctances relatives à chaque tronçon de section constante sont déterminées. Il est ensuite possible de calculer les différents flux intervenant dans le schéma et d’en déduire les inductions correspondantes.
HAUT DE PAGE
Les figures 33 et 34 donnent la représentation du schéma magnétique équivalent. Sur la figure 33, il est superposé au circuit magnétique réel. Il est toujours avantageux de représenter le schéma équivalent selon une disposition correspondant à la géométrie du système ; les risques d’erreur sont ainsi limités.
Il est, a priori, indifférent de recourir à...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SABONNADIÈRE (J.C.), COULOMB (J.L.) - Éléments finis et CAO. - Ed. Hermès, Paris, (1986).
-
(2) - JUFER (M.) - Électromécanique, Traité d’électricité, volume IX. - Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, (1995).
-
(3) - WOODSON (H.), MELCHER (J.) - Electromechanical dynamics. - R.E. Krieger publishing Co, Malagar Fl, (1985).
-
(4) - SCHÜLER (K.), BRINKMANN (K.) - Dauermagnete – Werkstoff und Anwendung. - Springer Verlag, Berlin, (1970).
-
(5) - KALLENBACH (E.) - Der Gleichstrommagnet. - Akademische Verlagsgesellschaft, Geest & Portig, Leipzig, (1969).
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(6) - MOULLIN (E.B.) - The principles of Electromagnetism. - 2nd edition, Clarendon Press, Oxford, (1950).
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