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Auteur(s)
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Mouloud FELIACHI : Professeur des universités, université de Nantes, - Institut universitaire de technologie de Saint-Nazaire
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Lorsqu'une pièce ferromagnétique est soumise à un champ magnétique, elle tend à se déplacer de manière à réduire la longueur du circuit magnétique. La réluctance du circuit se trouve ainsi diminuée. C'est ce principe qui est à la base du fonctionnement des convertisseurs électromécaniques et les électroaimants n'échappent pas à cette règle. L'électroaimant est schématiquement constitué de deux pièces en matériau ferromagnétique, l'une fixe et l'autre mobile (l'armature), et d'une bobine créant le champ magnétique (figure 1).
La partie fixe comporte un bobinage parcouru par un courant continu, alternatif ou transitoire. Ce courant produit un champ magnétique dans le noyau, l’armature et l’entrefer. L’interaction du champ avec la matière ferromagnétique constituant l’armature conduit à l’apparition d’une force magnétique qui tend à déplacer cette armature.
L'électroaimant est l’élément de base des systèmes électromécaniques. Son utilisation est largement répandue : électroaimant porteur, électroaimant de commande, etc. Les principaux avantages des électroaimants par rapport aux technologies concurrentes (hydraulique, pneumatique) sont liés à un coût de réalisation peu élevé, un temps de réponse faible et l'absence de pollution de l'environnement lors de leur fonctionnement. Des considérations d'économie d'énergie doivent également être signalées. L'électroaimant, dont le circuit magnétique est fermé (armature au collage), consomme, dans certaines configurations, une puissance extrêmement faible tout en produisant un effort important. Cette sobriété est particulièrement recherchée dans la sécurité incendie, par exemple.
Le choix de l'électroaimant adapté à la fonction voulue, décrite par le cahier des charges, passe par l’utilisation de modèles fiables de conception et de simulation du fonctionnement de l’électroaimant.
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5. Exemples d’applications
Les exemples concernent respectivement l’étude d’un actionneur électromagnétique et celle d’un système de magnétoformage. L’alimentation de ces dispositifs se fait à partir de la décharge de condensateurs.
5.1 Actionneurs électromagnétiques
Parmi les actionneurs, on peut citer à titre d'exemples :
-
le marteau électromagnétique utilisé dans le fonçage des pieux ;
-
le marteau-piqueur ;
-
le marteau-fonceur-arracheur utilisé dans le prélèvement d'échantillons en mer ;
-
l'engin de forage destiné au fonçage et à l’arrachage.
La constitution de l'actionneur est schématisée en figure 15 [2]. Cet actionneur est du type électroaimant à noyau plongeur.
Le système d'alimentation comprend essentiellement deux bobines alimentées par la décharge de condensateurs. La charge et la décharge des condensateurs sont assurées par un système de commande à base de semi-conducteurs. Les caractéristiques d'un tel actionneur (réalisé par le Laboratoire central des ponts et chaussées) sont les suivantes :
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pour l'armature et l'enclume :
-
perméabilité magnétique relative :
,
-
masse de l'armature : M = 5,52 kg,
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coefficient de frottement C f = 138,98 N.s/m,
-
conductivité électrique de l’armature :
S/m ;
-
-
pour les bobines :
-
1re bobine : R 1 = 3,21 Ω, L 1 = 64,6 mH, n 1 = 1 178 spires,
-
2e bobine : R 2 = 1,22 Ω, L 2 = 18,9 mH, n2 = 641 spires ;
-
-
pour les condensateurs : C 1 = 3 000 µF,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MOHELLEBI (H.), LATRECHE (M.E.), FELIACHI (M.) - Coupled axisymmetric analytical and finite element analysis for induction devices having moving parts - . IEEE Trans. on Magnetics, 34, n 5, 3308-3310 (sept. 1998).
-
(2) - BENDJIMA (B.), SRAIRI (K.), FELIACHI (M.) - A coupled model for analyzing dynamical behaviours of an electromagnetic forming system - . IEEE Trans. on Magnetics, 33, n 2, 1638-1641 (mars 1997).
-
(3) - SRAIRI (K.), FELIACHI (M.) - Numerical coupling models for analyzing dynamic behaviours of electromagnetic actuators - . IEEE Trans. on Magnetics, 34, n 5, 3608-3611 (sept. 1998).
-
(4) - JUFFER (M.) - Électromécaniques. Traité d’Électricité, d’Électronique et d’Électrotechnique - . École polytechnique fédérale de Lausanne, Dunod, Éditions Georgi (1979).
-
(5) - FOURNET (G.) - Électromagnétisme - . D 1 020, traité Génie électrique (1993).
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