Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Pour comprendre le principe des circuits électromagnétiques, deux modèles sont à la disposition des électriciens : le modèle de Maxwell et celui de Kirchhoff. L'analyse des circuits se base sur ces postulats pour prédire les évolutions des systèmes. Ce dossier présente différents cas pratiques, caractéristiques des problèmes pouvant être rencontrés. Le premier par exemple, introduit la notion d'entrefers, les coupures dans le circuit. Un autre, sous la forme d'un modèle simplifié de circuit électromagnétique, décrit les pertes qui apparaissent dans les structures ferromagnétiques. D'autres sont également présentés, comme les actionneurs à bobine mobile, les structures dentées ou les moteurs pas à pas hybrides.
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In order to understand the principle of electromagnetic circuits, two models are available to electricians: Maxwell's model and Kirchhoff's. The analysis of circuits is based on these basis in order to predict the evolutions of systems. This article presents various practical cases that are characteristic of the problems that can be encountered. The first one, for instance, introduces the notion of air gaps and circuit cut-offs. Another, in the form a simplified model of an electromagnetic circuit, describes the losses that appear in ferromagnetic structures. Other cases are also presented, such as moving coil actuators, toothed structures or step by step hybrid motors.
Auteur(s)
-
Marcel JUFER : Docteur ès sciences techniques - Professeur honoraire de l'École polytechnique fédérale de Lausanne - Dr HC Cluj (Roumanie), Mons (Belgique) et Grenoble (France)
INTRODUCTION
L'analyse des modèles de Maxwell et Kirchhoff a été entreprise dans le dossier [D 1 050v2]. Ce dossier a pour objectif de présenter des applications de ces démarches basées principalement sur l'analyse de circuits équivalents. Les exemples choisis sont caractéristiques de problèmes qui peuvent être rencontrés.
Le premier exemple traité est caractéristique de circuits tels que ceux de transformateur ou d'électroaimants. Il permet de mettre en évidence la décomposition en perméances partielles.
À l'inverse d'une démarche analytique, le deuxième exemple met en évidence la démarche de conception d'une structure électromagnétique de forme donnée afin de générer une force d'intensité fixée.
Les pertes apparaissant dans les structures ferromagnétiques sont décrites à partir d'un modèle simplifié de circuit électromagnétique pour les courants de Foucault. Il est ainsi possible de décrire ces pertes et de mettre en évidence les paramètres dont elles dépendent.
Les actionneurs à bobine mobile ont le grand avantage de générer une force proportionnelle au courant. Leurs applications sont nombreuses dans le domaine des haut-parleurs, des robots, des machines de positionnement, etc. Dans certaines conditions, ils peuvent toutefois présenter une force parasite à réluctance variable qui sera mise en évidence ainsi que les moyens de l'éliminer.
De nombreux actionneurs ou moteurs sont constitués de structures dentées en regard. Si leur modélisation peut se faire efficacement par une méthode d'éléments finis, il peut être intéressant de recourir à une modélisation par circuits équivalents. Les perméances variables peuvent être déterminées par une approximation des lignes de champ par des droites et arcs de cercle.
La structure magnétique complexe du moteur pas à pas hybride est difficile à maîtriser, également par les éléments finis. Une modélisation par circuit équivalent magnétique est proposée, recourant en particulier au modèle de perméances déjà étudié.
Les principes de base de l'électromagnétisme dans le domaine stationnaire (basse fréquence) et la méthodologie des circuits magnétiques qui en découlent sont l'objet du document [D 1 050v2]. Il y sera fait systématiquement référence pour les équations utilisées dans le présent dossier.
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Conclusion
En anglais
6. Moteur pas à pas hybride
6.1 Structure
Un moteur pas à pas est un moteur synchrone présentant plusieurs caractères spécifiques :
-
un fonctionnement incrémental générant un incrément de position (un pas) à chaque impulsion d'alimentation ;
-
en général, le stator génère un champ tournant se déplaçant par incréments alors que le rotor se déplace de façon synchrone, mais à une vitesse différente, soit dans le même sens, soit en sens opposé. Tout se passe comme si stator et rotor étaient liés par un engrenage magnétique réducteur ;
-
une démultiplication de pas est possible par une combinaison des alimentations de deux phases.
Les principales applications sont dans les domaines de la péri-informatique, de l'automobile, de la robotique, etc.
Parmi les moteurs pas à pas, le moteur hybride ou réluctant polarisé de la figure 19 est utilisé pour les résolutions élevées, de 200 à 1 000 pas par tour en pas entier, avec des nombres de phases de 2 à 5.
La figure 19 montre une structure en perspective d'un moteur présentant 8 pôles au stator alimentés par deux phases et 96 dents au stator, soit un nombre de pas entiers par tour égal à 384. Les deux demi-rotors sont décalés l'un par rapport à l'autre d'un demi-pas dentaire. Les pas dentaires du stator et du rotor sont identiques. Chaque pôle du stator est décalé par rapport aux dents d'un demi-rotor d'un quart de pas dentaire. En conséquence, deux pôles diamétralement opposés occupent la même position relative aux dents du rotor.
La figure 20 montre des coupes transversale et axiale.
Toute...
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Moteur pas à pas hybride
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SABONNADIÈRE (J.C.), COULOMB (J.L.) - Éléments finis et CAO. - Éd. Hermès, Paris (1986).
-
(2) - JUFER (M.) - Électromécanique, Traité d'électricité. - Presses polytechniques et universitaires romandes, vol. IX, Lausanne (1995).
-
(3) - WOODSON (H.), MELCHER (J.) - Electromechanical dynamics. - KRIEGER (R.E.) publishing Co, Malagar FI (1985).
-
(4) - SCHÜLER (K.), BRINKMANN (K.) - Dauermagnete – Werkstoff und Anwendung. - Springer Verlag, Berlin (1970).
-
(5) - MOULLIN (E.B.) - The principles of Electromagnetism. - 2nd edition, Clarendon Press, Oxford (1950).
-
(6) - KUERT (C.M.) - Modélisation de moteurs pas à pas hybrides. - Thèse EPFL no 2323, Lausanne (2000).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Circuits magnétiques – Principes.
-
Calcul des champs électromagnétiques.
ANNEXES
Circuits http://www.5spice.com/download.htm http://www.next.gr/software/circuit-analysis
Éléments finis (Flux 2D-3D) http://www.cedrat.com/fileadmin/user_upload/cedrat_groupe/Software_solutions/flux:flux-fr.pdf
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Conférences IMACS http://www.mssanz.org.au/modsim09 http://www.imacs.polytechnique.fr http://www.lmpa.univ-littoral.fr/IMACS09
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