LES MILIEUX FERROMAGNETIQUES

LES SOURCES DU CHAMP MAGNETIQUE Un champ magnétique est créé par une distribution de courants électriques. Intensité du champ magnétique crée par un conducteur rectiligne : Intensité du champ magnétique crée par un solénoïde : A une distance r du fil, le champ magnétique s’exprime : Au centre du solénoïde, le champ magnétique s’exprime :

QUELQUES VALEURS NUMERIQUES : A 1 mètre d’un conducteur traversé par un courant d’intensité 100A : B=20  T. Au centre d’un solénoïde de N=1000 spires, de longueur 20 cm, traversé par un courant d’intensité 10A : B=63 mT. Composante horizontale du champ magnétique terrestre : B=20  T. Aimants permanents ordinaires : B=50 mT. Champ magnétique dans les machines électriques : B=1 T.

INTERET DES MATERIAUX FERROMAGNETIQUES Les machines de l’électrotechnique (transformateurs, machines tournantes) sont des machines électromagnétiques. Elles ont besoin de la présence d’un champ magnétique d’intensité importante pour fonctionner. Pour augmenter la valeur de ce champ magnétique, elles possèdent un circuit magnétique constitué dans un matériau ferromagnétique.

LES MATERIAUX FERROMAGNETIQUES. Les matériaux ferromagnétiques sont des alliages de fer de nickel ou de cobalt. Dans le cas des machines de l’électrotechnique, on utilise de l’acier ou de la fonte (alliage de fer et de carbone). Alors, le circuit magnétique sert aussi de battit à la machine.

PROPRIETES DES MATERIAUX MAGNETIQUES. Sous l’effet du champ magnétique, une pièce ferromagnétique s’aimante, elle se comporte alors comme un aimant et induit un nouveau champ magnétique qui se rajoute au champ initial. Les matériaux ferromagnétiques ont pour effet d’augmenter la valeur du champ magnétique. Le champ magnétique est beaucoup plus fort dans le matériau que dans l’air : les lignes de champ passent préférentiellement dans le matériau.

PROPRIETES DES MATERIAUX MAGNETIQUES. On dit qu’un matériau ferromagnétique canalise les lignes de champs. Les fuites magnétiques sont réduites.

EXCITATION MAGNETIQUE. On considère un bobinage torique : Le champ magnétique est créé par les courants, on définit l’excitation magnétique H par : Cette grandeur est la même dans l’air ou dans un matériau magnétique : elle est indépendante du milieu.

CHAMP MAGNETIQUE. Dans l’air : Dans un matériau ferromagnétique : Le champ magnétique vérifie :  est la perméabilité absolue du milieu. Elle dépend du matériau.

COURBE DE PREMIERE AIMANTATION : A B 4 Zone linéaire (entre O et A) : pour des faibles valeurs de l’excitation magnétique, le champ magnétique augmente proportionnellement à l’excitation magnétique. Coude de saturation (entre A et B) : la relation entre B et H n’est plus linéaire. Lorsque H augmente, B augmente de moins en moins fortement. Zone de saturation (au delà de B) : L’aimantation du circuit magnétique est quasiment maximale ; le circuit magnétique est saturé.

COURBE DE PREMIERE AIMANTATION POUR QUELQUES MATERIAUX.

HYSTERESIS MAGNETIQUE : On appelle champ magnétique rémanent, noté B r, le champ magnétique dans le matériau pour une excitation non nulle. Pour annuler totalement l’aimantation dans le matériau, il faut lui imposer l’excitation coercitive, notée H c.

CONSEQUENCE DE L’HYSTERESIS MAGNETIQUE. Le parcours du cycle d’hystéresis implique un échauffement du matériau et donc des pertes de puissances. C’est pertes sont appelées pertes par hystérésis. Elles sont d’autant plus fortes que le l’aire du cycle d’hystérésis est importante. Il y a donc un deuxième type de pertes d’origine magnétique qui sont les pertes par courant de Foucault. L’ensemble des pertes par courant de Foucault et par hystérésis sont appelées pertes magnétiques ou pertes fer.

MATERIAUX MAGNETIQUES DURS. MATERIAUX MAGNETIQUES DOUX. Les matériaux magnétiques durs se désaimante difficilement, on les utilisera pour fabriquer des aimants permanents. Les matériaux magnétiques doux se désaimante facilement et seront siège de pertes par hystérésis faibles, on les utilisera pour construire les circuits magnétiques des machines de l’électrotechnique.