Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Bertrand NOGAREDE : Professeur des Universités - Docteur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse - Responsable du groupe Machines et Mécanismes Électroactifs du LEEI - (UMR-CNRS n 5828) de l’ENSEEIHT/INPT – Toulouse
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Parallèlement à la diversification en termes d’application, le champ des solutions techniques exploitables en conversion électromécanique de l’énergie s’est sensiblement enrichi. Il est clair que les progrès accomplis dans le domaine de l'électronique de puissance constituent un facteur déterminant quant au développement de structures électromécaniques répondant de manière de plus en plus souple et efficace aux cahiers des charges visés (variation de vitesse, gestion des réversibilités énergétiques ...). Si ces progrès concernent initialement des structures classiques, à effet magnétique, le développement de nouveaux matériaux dotés de performances et de fonctionnalités accrues (matériaux magnétiques composites, supraconducteurs, « électroactifs » tels que les céramiques piézoélectriques et les alliages magnétostrictifs ...) conduit aujourd’hui à un élargissement sensible des principes mêmes grâce auxquels la conversion d’énergie peut s’opérer.
Compte tenu de la large prédominance dont elle bénéficie, la famille des machines tournantes à interaction de champs magnétiques fait ici l’objet d’une étude spécifique : sur la base d’une approche analytique originale, les principes élémentaires classiquement exploités en sont globalement étudiés et caractérisés. Face aux aspects techniques qui sous-tendent la conception des structures considérées, quelques données et tendances relatives aux principales familles de matériaux utilisés sont alors proposées, avant que ne soient finalement abordés les aspects méthodologiques liés au dimensionnement optimal d’une structure satisfaisant à un jeu de spécifications et de critères donnés.
L’article « Machines électriques tournantes. Conversion électromécanique de l’énergie » fait l’objet de deux fascicules :
D 3410 Machines tournantes : conversion électromécanique de l’énergie
D 3411 Machines tournantes : principes et constitution
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.
Le lecteur devra assez souvent se reporter à l’autre fascicule.
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Conception des convertisseurs électromécaniques
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2. Éléments constitutifs des parties actives et matériaux utilisés
Sans chercher à établir un catalogue exhaustif de toutes les familles de matériaux exploités dans les machines électriques modernes, le présent paragraphe fournit quelques données et tendances relatives aux technologies disponibles vis-à-vis des fonctions de base à assurer. Si ces fonctions concernent essentiellement ici le cas des structures à effet magnétique, les matériaux électro-actifs font toutefois l’objet d’une brève présentation en vue d’introduire les nouveaux concepts de conversion qui en découlent.
2.1 Circuits magnétiques et sources de champ
Pour assurer la canalisation du flux magnétique dans les machines à effet magnétique, les composants laminés à base de fer constituent de toute évidence la solution la plus utilisée. En effet, par opposition aux matériaux « durs » dont l’aimantation et la désaimantation s’effectuent avec difficulté, le fer « doux » bénéficie d’une polarisation magnétique à saturation relativement élevée (près de 2,2 T à 25 C) sous un champ d’excitation relativement faible. De plus, facilement disponibles sous forme de tôles laminées, les composés qui en découlent se prêtent au feuilletage du circuit magnétique (dans un plan contenant la direction principale du champ), afin de limiter les pertes par courants de Foucault engendrées sous champ variable. Mentionnons l’intérêt que présentent néanmoins les pièces ferromagnétiques massives dès lors que le matériau est utilisé en régime statique ou quasi statique (cas des noyaux rotoriques de turboalternateurs synchrones dont la réalisation en acier forgé permet en outre d’atteindre la résistance mécanique requise).
Parmi les différents composés utilisés, on distinguera, par ordre chronologique d’apparition, les alliages fer-silicium des alliages fer-nickel et fer-cobalt.
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La constante évolution dans la maîtrise des processus de fabri-cation et de traitement des alliages ferreux a permis de développer des tôles alliées de type fer-silicium de plus en plus performantes que l’on peut classer en deux...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NOGAREDE (B.) - Conception des dispositifs électroactifs : de la recherche du concept au dimensionnement de la structure, - mémoire d’habilitation à diriger des recherches. Institut National Polytechnique de Toulouse, juillet 1997.
-
(2) - SKOMSKI (R.), COEY (J.M.D.) - Permanent Magnetism. - Institute of Physics, Bristol, 1999, 404 p.
-
(3) - VRANISH (J.M.), NAIK (D.P.), TETER (J.P.) - Magnetostrictive direct drive rotary motor development. - IEEE Transactions on Magnetics, vol. 27, N 6, nov. 1991.
-
(4) - VEINOTT (C.G.) - Harnessing the MS-DOS personal computer to design induction motors. - ICEM’94, Paris, 5-8 sept. 1994.
-
(5) - WURTZ (F.), BIGEON (J), ESPANET (C.), KAUFFMANN (J.M.) - L’intégration des approches analytiques et numériques pour une C.A.O. efficace en génie électrique. - NUMELEC’97, École Centrale de Lyon, 19-21 mars 1997.
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