LES MACHINES ELECTRIQUES GENERALITES

1 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit sChapitre 2 : LES MACHINES ELECTRIQUESGENERALITES.. INTRODUCTION.. Classifications des MACHINES lectriques .. Int r t des moteurs lectriques .. Le moteur asynchrone .. Le moteur synchrone .. Les moteurs courant continu .. Les autres types de MACHINES lectriques .. Associations moteurs - lectronique .. METHODES D ETUDE DES MACHINES ELECTRIQUES .. G n ralit s .. Choix du ph nom ne physique exploit .. RAPPEL DES LOIS DE L'ELECTROMAGNETISME.. Loi de la force magn tomotrice ( ) .. Loi de Maxwell .. Loi de Laplace .. R gles mn motechniques des signes .. PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DES MACHINES El ments constitutifs des MACHINES lectriques.

2 MACHINES h t ropolaires .. COMPOSANTS DES MACHINES ELECTRIQUES .. Circuit magn tique .. Circuit lectrique .. Isolation des MACHINES .. Refroidissement .. GRANDEURS CARACTERISTIQUES DES MACHINES Grandeurs nominales .. Rendements des MACHINES .. Caract ristiques des MACHINES tournantes .. 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit s Chapitre 2 : LES MACHINES Classifications des MACHINES lectriquesLe but essentiel des MACHINES lectriques est la transformation de l' nergie d'une forme dansune autre, l'une au moins de ces formes tant lectrique, l'autre pouvant tre lectrique oum MACHINES lectriques font intervenir comme l ments fondamentaux :- les courants lectriques ;- les champs magn fonctionnement est donc bas sur les lois de l lectromagn tisme, qui ont t tudi es aucours d lectricit , et qui seront bri vement rappel es dans ce cours.

3 Car c est del interaction des courants lectriques et des champs magn tiques que r sulte peut, a priori, classer les MACHINES lectriques en trois cat gories principales :1. Les MACHINES g n ratrices qui transforment l nergie m canique en nergie fonctionnement est bas sur l induction d un courant lectrique dans un circuitconducteur par d placement relatif de celui-ci et d un champ magn tique, l aide d unengin d entra nement m que le courant lectrique induit est continu ou alternatif, la machine g n ratrice seraappel e dynamo ou Figures et sch matisent le fonctionnement des MACHINES g n remarquera qu en pratique, le d placement relatif du circuit lectrique et du champmagn tique est obtenu :- dans le cas de l alternateur, par rotation du champ magn tique, le circuit tant fixe.

4 - et dans le cas de la dynamo, par rotation du circuit lectrique dans un champ magn 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit sFigure 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit s2. Les moteurs lectriquesLeur fonctionnement est bas sur l obtention d un effort m canique par action d un champmagn tique sur un circuit lectrique travers par un courant fourni par une source ext rieure,laquelle peut aussi produire ventuellement le champ magn que le courant lectrique fourni par la source ext rieure est continu ou alternatif, lamachine sera appel e moteur courant continu ou moteur courant alternatif(synchrone ou asynchrone).Les Figures , et sch matisent le fonctionnement de ces moteurs 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit sFigure 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit s3.

5 Les MACHINES transformatricesLa cat gorie la plus importante est le transformateur qui modifie la grandeur des courantset tensions fonctionnement est bas sur l induction d un courant lectrique dans un circuitconducteur fixe sous l action d unchamp magn tique variable dans letemps mais fixe dans l autres MACHINES transformatrices(changeurs de fr quence,commutatrices transformant lecourant alternatif en continu ouinvers ment) sont supplant esaujourd hui par des syst messtatiques utilisant l lectronique 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit Int r t des moteurs lectriquesLes moteurs lectriques ont sur les moteurs thermiques ( essence, gasoil ou gaz) denombreux avantages :- ils sont moins polluants et moins bruyants ;- ils d marrent seuls et facilement ;- ils ont souvent un fort couple moteur faible vitesse et m me l arr derni re propri t est tr s importante.

6 Parce que leur couple est faible vitesse r duiteet nul au d marrage ( vitesse nulle), les moteurs thermiques ( explosion ou diesels)n cessitent un embrayage et un dispositif m canique engrenages : la bo te de vitesses. Le moteur tournant d j , c est en faisant patiner l embrayage que l on peut communiquer lemouvement la charge : cela entra ne une dissipation d nergie thermique par est aussi l embrayage qui permet de d coupler le moteur de la charge pour changer lerapport de la bo te de embrayage n est pas un dispositif transposable dans le domaine des grandes est pour cela que sur les locomotives diesel- lectriques, le moteur diesel n entra ne pas lalocomotive : il fait tourner un g n rateur qui alimente un moteur lectrique et c est ce dernierqui assure l effort de qualit s qui font la sup riorit du moteur lectrique sur le moteur thermique sont.

7 - la facilit d emploi dans le cas de d marrages fr quents ;- la r gularit du couple utile ;- la possibilit d inversion du sens de rotation sans intervention de dispositifs m caniquesannexes (comme les engrenages).Ces qualit s sont encore accentu es aujourd hui, gr ce l utilisation de l lectronique Le moteur asynchroneLe moteur asynchrone est le moteur le plus utilis dans l industrie. Il est peu co teux, on lefabrique en grande s rie. Il est robuste et son entretien est tr s limit . Il est s r : sonfonctionnement ne g n re pas d tincelles la diff rence d un moteur courant continu. Cetype de moteur quipe la quasi totalit des MACHINES -outils classiques, tours, fraiseuses, sciesbobineuses, tapis roulants, pompes, compresseurs, perceuses.

8 Fonctionnant directement sur le secteur alternatif, sans transformation pr alable de l nergie lectrique qui l alimente, c est le moteur industriel par excellence qui ne poss de pasd organe d licats comme le collecteur du moteur courant continu. Les courants quicirculent dans le stator constituent l unique source externe de champ magn tique : le rotorn a pas tre reli une source d nergie lectrique. Il existe bien des courants rotoriquesqui participent, eux aussi, la cr ation du champ magn tique, mais ce sont des courantsinduits. C est de l que vient le nom parfois donn au moteur asynchrone : moteurd induction . 2 : Les MACHINES lectriques - G n ralit sLorsqu on n a pas d exigence tr s marqu e sur la constance de la vitesse d un moteur, etlorsqu il n est pas n cessaire de faire varier celle-ci de mani re continue, dans de largesproportions, c est un moteur asynchrone que l on utilise.

9 Sa vitesse varie un peu quand on le charge, on dit qu il glisse, mais ce glissement, en g n ral,ne d passe pas quelques % de la vitesse vide et il est n gligeable le plus d marrage des moteurs asynchrones ne pose pas de probl me pour les unit s de petitepuissance : il est direct. Par contre, pour les moteurs de forte puissance, il faut d marrer soustension r duite pour viter un appel de courant trop lev .La gamme des puissances des moteurs asynchrones triphas s s tend de 1 kW une dizainede MW. Au-dessous de 1 kW, et notamment pour les usages domestiques (compresseurs der frig rateurs, de cong lateurs, moteurs de MACHINES laver, pompes de chauffage central,..),on utilise des moteurs asynchrones monophas s.

10 Le rendement est plus faible que pour unemachine triphas e de m me puissance, mais cela est d autant moins important que lapuissance mise en jeu est Le moteur synchroneParce que leur fr quence de rotation ne d pend que du r seau qui les alimente, les moteurssynchrones ont des emplois sp cifiques, par exemple l o une rotation uniforme s directement sur le r seau public, les moteurs synchrones ne peuvent d marrer seuls: on doit d abord les entra ner leur vitesse de rotation nominale avant de les coupler aur seau : cela n cessite un moteur auxiliaire. Les moteurs synchrones sont donc d un emploimalais .La v ritable renaissance du moteur synchrone est assez r cente : elle est due l associationde ce moteur avec les onduleurs thyristors que l lectronique de puissance a permis demettre au point.