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Licence de Libre Diffusion des Documents -- LLDD version 1 Ce document peut être librement lu, stocké, reproduit, diffusé, traduit et cité par tous moyens.

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2 Histoire des machines électromagnétiques

3 1600 William Gilbert ( ) Histoire Les machines électriques Médecin anglais de la reine Elisabeth I Premier traité d’électromagnétisme Répond à la question : pourquoi la boussole dévie ? Invente l’adjectif « électrique » du grec elektron, qui signifie ambre Publication de « De Magnete »

4 1760 L’abbé Nollet Histoire Les machines électriques L'installation invente le

5 1760 Benjamin Franklin Histoire Les machines électriques L'installation des premiers paratonnerres, en France, a provoqué de véritables scènes d'émeute. La peur occasionnée par les paratonnerres n'était pas purement irrationnelle. Les premiers dispositifs étaient souvent mal installés et attiraient la foudre sans pouvoir la disperser dans le sol, provoquant ainsi des accidents souvent dévastateurs. invente le paratonnerre

6 1799 Alessandro Volta Histoire Les machines électriques Empilement de disques de cuivre et de zinc séparés par des rondelles de tissu imbibées d'acide. Cette découverte met fin à la controverse engagée avec Galvani sur l’origine de l’électricité (animale ou métallique). Grâce à cette source d’électricité, les recherches peuvent enfin se développer dans les laboratoires. invente la pile électrique

7 1813 Sir Humphrey Davy Histoire Les machines électriques Travaille sur l’électrolyse et découvre le sodium, potassium, calcium, etc… Découvre l'effet anesthésiant du protoxyde d'azote (gaz hilarant), Offre un poste d’assistant à Faraday (qui deviendra plus célèbre). invente la lampe à arc électrique

8 1819 Hans-Christian Oersted Histoire Les machines électriques Professeur à l’Université de Copenhague, le danois Oersted découvre accidentellement la déviation d’une aiguille aimantée en présence d’un courant électrique. Grand retentissement en Europe, Ampère le rencontre à Genève en juillet 1820 et met au point une théorie de l’électrodynamique dans les semaines suivantes. découvre l’interaction aimant-courant

9 1820 Jean-Baptiste Biot et Félix Savart Histoire Les machines électriques Laplace a également déterminé la formule permettant de calculer la force exercée sur un fil parcouru par un courant électrique baigné par un champ magnétique. étudient les propriétés de la force subie par un des « pôles magnétiques » d’une l’aiguille aimantée et Pierre-Simon de Laplace ( ) traduit cette loi par une formule qui porte le nom de Biot et Savart. Formule de Biot Savart

10 Il confie à Antoine Hippolyte Pixii ( ) la réalisation de la première machine électromagnétique 1820 André Marie Ampère ( ) Histoire Les machines électriques N’ayant jamais été à l’école, Il lira et apprendra par coeur les vingt volumes de l'Encyclopédie à l'âge de 14 ans. Ampère se révèle très tôt remarquable en mathématiques, il écrit notamment un traité sur les sections coniques dès l'âge de treize ans. première loi de l’électrodynamique

11 Histoire Les machines électriques A l'âge de 13 ans, il quitte l'école et se fait engager, à Londres, comme apprenti relieur. Avide de connaissances, il se plongea dans la lecture des livres qu'il avait à relier et fut attiré par un article de James Tytler sur l'électricité dans l'Encyclopaedia Britannica Michael Faraday ( ) En 1833, il établit la théorie de l'électrolyse et en définit le vocabulaire : on lui doit l'usage des mots électrolyte, électrode, anode, cathode…ainsi que le principe de la galvanoplastie. Auparavant, il avait découvert le benzène (1825) et réalisa la liquéfaction de nombreux gaz, dont le chlore, par compression et refroidissement. découvre l’induction

12 Utilisant le phénomène d'induction, elle peut être considérée comme la première machine magnétoélectrique (ou alternateur). Elle fut construite par les Pixii père et fils en Un aimant en U (inducteur) tournant devant une paire de bobines (induit) y engendre un courant alternatif. Ce type de courant ayant des propriétés méconnues, un commutateur tournant le redresse La Machine de Pixii Histoire Les machines électriques première machine magnétoélectrique

13 1833 Heinrich Friedrich Emil Lenz ( ) Histoire Les machines électriques physicien russe d'origine allemande, établit la loi qui donne le sens du courant induit

14 Histoire Les machines électriques 1834 Moritz Hermann Jacobi Inverse la structure de Pixii

15 1845 Gustave Froment ( ) Histoire Les machines électriques Moteur électrique rotatif comportant une couronne d'électro-aimants fixes qui attirent des barres de fer portées par une roue. Première machine à réluctance variable

16 1859 Gaston Planté (1834–1889) Histoire Les machines électriques Il est possible que la batterie date d'encore plus longtemps. On pense que les Parthes qui régnaient sur Bagdad (vers les années 250 avant J-C) utilisaient les batteries pour plaquer l'argent. On dit aussi que les Égyptiens réussirent à effectuer un dépôt électrolytique d'antimoine sur du cuivre il y a plus de 4300 ans. Première pile réversible ou accumulateur

17 1865 James Clerk Maxwell ( ) Histoire Les machines électriques Les équations de Maxwell, toute l’électricité est là ! véritable fondement de l'électromagnétisme moderne. traité d'électricité et de magnétisme

18 1865 Pacinotti ( ) Histoire Les machines électriques L’anneau de Pacinotti

19 Histoire Les machines électriques Le belge Zénobe Gramme découvre un système permettant de résoudre les problèmes de pertes puissance des premiers moteurs électriques Zénobe Gramme ( ) L’anneau de Gramme

20 1870 Zénobe Gramme ( ) Histoire Les machines électriques Bricoleur de génie et ébéniste chez l’orfèvre Christofle, Après avoir observé les faiblesses des machines Alliance, destinées à remplacer les batteries, il met au point la première dynamo Industrielle. En 1871, il fonde la Société des machines magnétoélectriques Gramme avec son ami Hippolyte Fontaine (qui a découvert la réversibilité et a permis le remplacement des machines à vapeur).. première dynamo Industrielle

21 La dynamo « Macchinetta » Histoire Les machines électriques Décrit la réversibilité de sa machine 1865 Pacinotti ( )

22 1879 Edison ( ) Histoire Les machines électriques Composée d'un fil de coton torsadé qui brûle au sein d'une bulle de verre dans laquelle on a effectué le vide quasi absolu, elle permet un éclairage de plusieurs dizaine d'heures. Le fil de coton sera progressivement remplacé par un fil de fer. la lampe à incandescence

23 1884 Lucien Gaulard ( ) Histoire Les machines électriques le premier modèle est imparfait, Le circuit magnétique est ouvert, le transfert d’énergie du primaire au secondaire est médiocre. invente le transformateur met définitivement au point le transformateur en Le circuit magnétique est constitué de fils de fer permettant de réduire les courants de Foucault.

24 1885 Galileo Ferraris ( ) Histoire Les machines électriques Première machine sans collecteur invente un moteur à induction biphasé

25 1885 Théorème de Ferraris Histoire Les machines électriques

26 1883 Nicolas Tesla ( ) Histoire Les machines électriques Nicolas Tesla conçoit son premier moteur à induction biphasé 350 W (à Strasbourg) premier moteur à induction

27 Histoire Les machines électriques Charles Concordia ( ) Robert H Park ( ) Edith Clarke ( ) Les transformations de Concordia, Clark et Park ont ouvert la voie aux méthodes modernes de contrôle du couple et de la vitesse des machines synchrones et asynchrones qualifiées de « contrôle vectoriel ». Ces théories ont été mises en application à partir des années Elles ont donné naissance aux machines synchrones autopilotées. Elles ont permis aux machines asynchrones de détrôner les machines à courant continu Les transformées de Concordia, Clark et Park

28 Histoire Les machines électriques 1972 Felix Blaschke pose les fondations du contrôle vectoriel des machines. Son travail de pionnier devra attendre les progrès des microprocesseurs avant d’être mis en application une quinzaine d’années plus tard. Felix Blaschke, "The Principle of Field Orientation as Applied to the New Transvektor Closed-Loop Control System for Rotating-Field Machines," Siemens Review, vol. XXXIX, No. 5, pp , (1972). Le texte fondateur de Felix Blaschke:

29 Les Applications

30 1896 Transport de l’énergie électrique Histoire Les machines électriques Le savant Tesla et la société Westinghouse imposent le courant alternatif contre Edison partisan du courant continu En 1887 il a déposé les brevets pour le moteur asynchrone et le transport d'énergie électrique par courants polyphasés et vendu le concept à Westinghouse pour 1 M$.

31 il imagine le couplage de deux circuits par induction mutuelle, puis il invente la "bobine de Tesla" qui est un transformateur à haute fréquence. expériences avec du courant à très haute fréquence, alimentant une nouvelle lampe de son invention (ancêtre du tube fluorescent) à travers son corps. Histoire Les machines électriques 1899 Bobine de Tesla Diamètre 3,5 m 12Mv

32 1888 Sous-marin Histoire Les machines électriques Le Gymnote sera construit à Rochefort en 1887 (lancement en 1888) sur les plans de Dupuy de Lôme. Gustave Zédé construit le premier sous-marin à propulsion électrique, le Gymnote.

33 Histoire Les machines électriques Le moteur électrique à courant continu Krebs à 16 pôles et 4 balais, d’une puissance de 51 CV à bord du Gymnote Sous-marin

34 1899 Automobile "La Jamais contente" Histoire Les machines électriques la voiture électrique du belge Jenatzy décroche le record du monde de vitesse et atteint les 105,9 km/h. Son nom restera également associé à la conception de plusieurs voitures électriques ou mixtes ( pétroléo - électriques).

35 Histoire Les machines électriques A partir des années 1985, les paquebots sont systématiquement équipés de moteurs de propulsion électriques. Il s’agit généralement de machines synchrones autopilotées d’une puissance unitaire de l’ordre de 20 MW Navires

36 Histoire Les machines électriques A partir des années 1990, les trains à grande vitesse (TGV) de la SNCF sont équipés de moteurs électriques qui sont des machines synchrones autopilotées d’une puissance unitaire de 1,1 MW. Chaque rame TGV possède 8 moteurs, soit une puissance maximum de 8,8 MW Trains

37 Histoire Les machines électriques L’eurostar est lancé à partir des années Ces trains sont équipés de moteurs électriques qui sont des machines asynchrones d’une puissance unitaire de 1 MW. Chaque train « eurostar » possède 12 moteurs, soit une puissance maximum de 12,2 MW Trains

38 Histoire Les machines électriques 2000 : La machine à courant continu de puissance supérieure à 1 kW disparaît progressivement, remplacée par des moteurs asynchrones moins chers, plus robustes et de performances supérieures grâce au contrôle vectoriel de flux. Les moteurs à courant continu se rencontrent désormais essentiellement dans le monde de l’automobile (ventilateur, lève-vitres, essuie-glace, sièges, etc.).

39 AmpèreFaradayGrammeMaxwell

40 TeslaEdisonFerrarisJoules


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