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En anglais
Auteur(s)
-
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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Caractéristiques et fonctionnement
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1. Lois de la physique
1.1 Lois de l’électromagnétisme
L’objectif de ce paragraphe est de rappeler les lois générales de l’électromagnétisme, de la mécanique et du comportement des matériaux qui interviennent dans la représentation des électroaimants. Pour plus de détails sur l’électromagnétisme, le lecteur pourra consulter les articles [D 1 020][D 1 021][D 1 022][D 1 023] [D 1 025] qui traitent de ce sujet.
L’expression des équations du champ électromagnétique fait intervenir cinq grandeurs vectorielles et une grandeur scalaire. Les champs électrique E (V/m) et magnétique H (A/m), les inductions électrique D (Cb/m2) et magnétique B (T) et la densité de courant J (A/m2) sont des champs de vecteurs. La densité de charge ρ (C/m3) est un champ scalaire.
Les équations du champ électromagnétique qui expriment des relations entre les différents champs et inductions (E, H, D, B) et leurs sources (J, ρ) peuvent être présentées sous forme locale : les équations de Maxwell considérées à l’échelle macroscopique, décrivant les phénomènes électromagnétiques.
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Lois de la physique
BIBLIOGRAPHIE
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(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).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Électromagnétisme. Avant-propos
-
Électromagnétisme. Bases
-
Électromagnétisme. Différents aspects.
-
Électromagnétisme : applications à l’électrotechnique.
-
Calcul des champs électromagnétiques
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