Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les machines à réluctance variable, MRV, existent depuis plus d'un siècle, mais elles ont connu des évolutions importantes ces dernières années. Cet article présente les principes fondamentaux de ces machines. Puis il classe les différentes structures globales des moteurs et actionneurs monophasés, et des machines polyphasées à commutation de type pas-à-pas dites « à plots ». Enfin une modélisation électrique des MRV est présentée, qui permet d'associer d’associer leurs caractéristiques électriques et mécaniques, et leur alimentation en termes de séquences de commutation et de formes d’onde.
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Alain MAILFERT : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité - Docteur ès Sciences - Professeur à l’Institut national polytechnique de Lorraine
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François-Michel SARGOS : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électricité et de Mécanique - Docteur ès Sciences - Professeur à l’Institut national polytechnique de Lorraine
INTRODUCTION
Le principe des machines à réluctance variable (MRV) a été mis en œuvre depuis environ un siècle soit pour produire des courants de fréquence élevée (10 kHz) à l’époque des débuts de la radioélectricité, soit pour réaliser des actionneurs ou relais électromagnétiques (électroaimants à palette ou à noyau plongeur). Les MRV ont connu de nouveaux développements depuis une trentaine d’années, d’une part comme dispositifs d’entraînement lents à couple élevé, et d’autre part, en association avec des alimentations électroniques de puissance, au sein de systèmes où elles ont pour rôle d’effectuer une conversion électromécanique ou de transmettre une information (par exemple information de position, au moyen d’un moteur pas-à-pas) ; à l’heure actuelle, les dispositifs à commutation destinés aux entraînements à grande vitesse de rotation utilisent fréquemment des machines à réluctance variable.
Dans cet article, nous préciserons d’abord les principes fondamentaux des MRV , puis nous classerons et décrirons les différentes structures globales des moteurs et actionneurs monophasés, et des machines polyphasées à commutation de type pas-à-pas dites « à plots ». Nous bâtirons ensuite les modèles électriques de ces machines, qui permettront d’associer leurs caractéristiques électriques et mécaniques, en liaison avec leur alimentation (séquences de commutation, formes d’onde).
L’article consacré aux machines polyphasées alternatives et « Vernier », aux machines excitées, et à l’optimisation énergétique des dentures et des structures des MRV complète le présent article.
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Machines polyphasées à commutation
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1. Principe des machines à réluctance variable
1.1 Classes fonctionnelles des dispositifs à réluctance variable
La conversion d’énergie mécanique en énergie électrique par « variation de réluctance » consiste à modifier l’inductance propre d’une bobine, ou l’inductance mutuelle de plusieurs bobines judicieusement alimentées, par déplacement d’une pièce en matériau ferromagnétique.
Ce principe de conversion se prête à la réalisation de plusieurs classes de dispositifs, pouvant remplir diverses fonctions :
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machines électriques, dont la fonction est de transformer de manière continue ou quasi continue une puissance électrique en puissance mécanique, ou réciproquement ;
-
actionneurs, qui transforment une information électrique en déplacement mécanique ;
-
capteurs, qui transforment un déplacement mécanique en information électrique.
Les frontières ne sont pas intangibles : suivant son alimentation, une machine de constitution donnée peut assurer l’une ou l’autre de ces fonctions. L’appartenance à une classe fonctionnelle ou à une autre est donc caractérisée non par le seul convertisseur électromécanique, mais plutôt par l’ensemble du convertisseur et de son alimentation électrique.
Les types de configurations géométriques et les déplacements concernés sont aussi très divers. Les déplacements les plus fréquents sont les rotations et à un degré moindre les translations, mais certains dispositifs effectuent des mouvements hélicoïdaux, pulsatoires, etc.
La diversité des configurations rend illusoire l’établissement d’un inventaire complet des structures de dispositifs à réluctance variable. Nous envisagerons donc ici presque exclusivement le domaine des machines tournantes. Les principes fondamentaux que nous exposerons pour les configurations tournantes s’appliquent sans difficultés majeures aux autres configurations, dont l’étude taxinomique n’est pas l’objet de cet article. En particulier, les machines et actionneurs linéaires à réluctance, dont les applications sont nombreuses, peuvent en général être déduits de dispositifs tournants équivalents. Nous évoquerons les fonctions d’actionneur ou de capteur, particulièrement dans le cas de certaines machines de très petite puissance, mais...
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Principe des machines à réluctance variable
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LIN (C.Y.) - Characteristics of reluctance machines - . A.I.E.E. Trans. vol. 79 (1951).
-
(2) - MUKHERJI (K.C.), TUSTIN (A.) - Vernier reluctance motor - . Proc. I.E.E.E. vol. 121, no 9 (sept. 1974).
-
(3) - CHAI (H.D.) - Technique for finding permeance of toothed structures of arbitrary geometry - . Proc. of the Int. conf. on stepping motors and systems, Univ. of Leeds (juil. 1976).
-
(4) - RIOUX (C.), GOYET (R.) - Contribution to the study of an interleaved disk reluctance machine - . ICEM Bruxelles (sept. 1978).
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(5) - SARGOS (F.M.) - Variable reluctance machines for vernier or step-by-step operations - . ICEM Bruxelles, Proc. SP5/5, p. 1 à 11 (sept. 1978).
-
(6) - JUFER (M.) - Transducteurs électromécaniques - . Traité d’Électricité de l’EPFL vol. IX,...
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