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Auteur(s)
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Michel POLOUJADOFF : Professeur à l’université Pierre-et-Marie-Curie Laboratoire d’électrotechnique
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Lire l’articleINTRODUCTION
Plus de la moitié de l’énergie électrique produite dans les pays industrialisés est transformée en énergie mécanique, par des moteurs. La plupart de ceux-ci appartiennent à l’un des types suivants : à courant continu, asynchrone, synchrone, à courant alternatif à collecteur. On estime généralement que les moteurs asynchrones représentent 70 % de la puissance installée, et qu’ils absorbent 40 à 50 % de l’énergie totale consommée. Même si ces chiffres sont imprécis, ils montrent l’importance de ce type d’équipement.
Le texte qui suit est destiné à expliquer, dans ses grandes lignes, le fonctionnement des machines asynchrones en régime permanent. Il ne prétend pas épuiser le sujet, car les problèmes posés par les essais et l’analyse des pertes ont été passés sous silence.
Par contre, on a donné en détail les caractéristiques d’utilisation, qui doivent être largement connues et qui permettent de distinguer les fonctionnements possibles de ceux qui ne le sont pas.
L’article sera complété par la suite par une deuxième partie consacrée aux régimes transitoires.
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Analyse du fonctionnement sinusoïdal triphasé permanent
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1. Principes de base
1.1 Principe élémentaire
Considérons le dispositif représenté par la figure 1 a : un aimant et un disque placés face à face fixés à deux arbres disposés dans le prolongement l’un de l’autre. Nous entraînons dans un certain sens l’arbre solidaire de l’aimant tandis que nous laissons l’autre libre de toute contrainte mécanique.
Désignons par M une petite zone de la plaque. Si l’aimant et la plaque tournent à deux vitesses différentes, M se trouvera d’abord en face d’un pôle puis en face de l’autre. Les masses métalliques constituant cette petite zone seront donc alternativement traversées par des lignes de force, soumises à un flux variable dans le temps ; elles seront le siège de courants de même nature que les courants de Foucault.
La loi de Laplace implique que des forces se développent ; la loi de Lenz indique que leur résultante doit tendre à faire disparaître la cause qui leur a donné naissance. Or cette cause est l’existence des courants, eux-mêmes dus à la différence de vitesse.
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Les forces électromagnétiques vont tendre à entraîner le disque de telle sorte qu’il tourne à la même vitesse que l’aimant. Si l’aimant tourne le plus vite, le disque tendra à le rattraper, le soumettant ainsi à un couple de freinage. Si, au contraire, le disque va le plus vite, l’aimant sera alors soumis à un couple d’accélération. Cette transmission, possible du fait de la différence de vitesse des deux éléments l’un par rapport à l’autre, est une « transmission asynchrone ». Sans la différence de vitesse, aucun courant induit ne naîtrait dans la plaque. Ce mode de transmission ne présente qu’un intérêt limité : on part, en effet, d’un effort mécanique sur l’aimant, à une certaine vitesse, pour obtenir, sur le disque, un effort mécanique à une vitesse inférieure.
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Un autre système présente un grand intérêt. Considérons le dispositif représenté par la figure 1 b : il est constitué par deux cylindres concentriques, séparés par un entrefer et faits d’un matériau magnétique. Le cylindre extérieur est pourvu d’encoches occupées par des enroulements parcourus par des courants triphasés...
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