Chapitre - 3 Bobines à noyau de fer COURS 03 Chapitre - 3 Bobines à noyau de fer 1- Analogies électrique/magnétique 2- Bobines monophasées 2.1- Circuits magnétiques 2.2- Allure du courant absorbé 2.3- Schéma équivalent 3- Bobines triphasées

Éléments de la bobine à noyau de fer en approximation linéaire Bobines à noyau de fer Flux crée par la bobine ou flux principal Flux traversant le circuit magnétique Flux de fuite

Éléments de la bobine à noyau de fer en approximation linéaire Bobines à noyau de fer Résistance de l ’enroulement: Conducteur de longueur l, de section s, matériau de résistivité Inductance propre: Enroulement de n spires, circuit magnétique de réluctance Inductance de fuite: Enroulement de n spires, circuit magnétique de réluctance

1-Relation entre les grandeurs magnétiques et électriques Page 9 1-Relation entre les grandeurs magnétiques et électriques Bobines à noyau de fer Relations entre le flux (ou induction) et la tension et Expression de Bmax D ’où Relations entre le flux et le courant

1- Analogies électrique/magnétique Bobines à noyau de fer Circuit électrique: Circuit magnétique: Expression: Force électromotrice : e (V) Résistance électrique : Courant électrique : Expression: Force magnétomotrice : Réluctance magnétique: Flux magnétique :

1- Analogies électrique/magnétique Page 8 1- Analogies électrique/magnétique Bobines à noyau de fer circuit électrique circuit magnétique e D d p ou tension (V) ni = force magnétomotrice ( A t t) i courant (A) f flux ( W b) S l R s 1 résistance ( W ) conductivité m  réluctance . - W b perméabilité E j densité de courant 2 A H B induction magnétique T champ électrique V champ magnétique ò dl loi d'Ohm théorème d'Ampère òò dS conservation du courant conservation du flux

2.1- Circuits magnétiques Page 8 2.1- Circuits magnétiques Bobines à noyau de fer Un circuit magnétique est la partie ferromagnétique guidant le flux magnétique d ’un système électrique: Exemples: le noyau d ’un transformateur ou le corps d ’un moteur

2.1- Circuits magnétiques Page 8 2.1- Circuits magnétiques Bobines à noyau de fer Le flux traverse les culasses et revient par les noyaux latéraux Circuit magnétique à un noyau bobiné Culasse Noyau central Circuit magnétique Bobine

2.1- Circuits magnétiques Page 9 2.1- Circuits magnétiques Bobines à noyau de fer Circuit magnétique à deux noyaux bobinés Si les deux bobines sont connectées en série alors chaque bobine comporte n/2 spires parcourues par un courant i. Si les deux bobines sont connectées en parallèle alors chaque bobine comporte n spires parcourues par un courant i/2. Noyau central Circuit magnétique 1/2 Bobine 1/2 Bobine

2.2- Allure du courant absorbé Page 9 2.2- Allure du courant absorbé Bobines à noyau de fer Pour obtenir l ’allure du courant absorbé i, on passe de v à B

2.2- Allure du courant absorbé Page 9 2.2- Allure du courant absorbé Bobines à noyau de fer Pour obtenir l ’allure du courant absorbé i, on passe de v à B et de B à H au moyen du cycle d ’hystérésis ou un tableau de B(H) De H on en déduit i L ’induction magnétique est sinusoïdale de valeur maximale La puissance active consommée par le circuit magnétique est appelée pertes fer.

2.2- Allure du courant absorbé Influence de la saturation sur le courant Page 9 2.2- Allure du courant absorbé Bobines à noyau de fer B(t) H(t) B(H)

2.3- Schéma équivalent d ’ une bobine à noyau de fer Page 9 2.3- Schéma équivalent d ’ une bobine à noyau de fer Bobines à noyau de fer Flux crée par la bobine Flux traversant le circuit magnétique Flux de fuite

2.3- Schéma équivalent d ’ une bobine à noyau de fer Page 10 2.3- Schéma équivalent d ’ une bobine à noyau de fer Bobines à noyau de fer Le circuit magnétique est représenté par une réactance Les pertes fer sont représentés par une résistance

2.3- Schéma équivalent d ’ une bobine à noyau de fer Page 10 2.3- Schéma équivalent d ’ une bobine à noyau de fer Bobines à noyau de fer Prise en compte des imperfections de la bobine Les pertes joules sont représentés par une résistance La contribution de l ’inductance de fuite est: Prise en compte du circuit magnétique Les pertes fer sont représentés par une résistance Le circuit magnétique est représenté par une réactance

2.3- Schéma équivalent à une bobine à noyau de fer Page 10 2.3- Schéma équivalent à une bobine à noyau de fer Bobines à noyau de fer Pertes joules: Puissance magnétique stockée: Pertes fer:

Page 9 Pertes fer Bobines à noyau de fer

Pertes par courants de Foucault

Pertes par hystérésis Bobines à noyau de fer

Aspects Pratiques Bobines à noyau de fer Technologie L ’apparence d ’une bobine à noyau de fer est différente suivant l ’utilisation . La disposition pratique consiste à utiliser soit un circuit magnétique cuirassé, soit torique. En basse fréquence, le circuit magnétique est feuilleté pour limiter les pertes par courants de Foucault. Pour les utilisations à des fréquences plus élevées, on a recours à la ferrite dont la résistance électrique est importante

Application Aspects Pratiques Bobines à noyau de fer En Électrotechnique, on rencontre les bobines à noyau de fer dans les électroaimants ( relais, contacteurs, levage ), les bobines d ’usage courant, les plateaux magnétiques de machines - outil ou les paliers magnétiques. En Électronique, on les trouvent dans les inductances de filtrage, les selfs HF ajustables ou non. Dans ces cas, les noyaux en ferrite sont de mise.

Les trois enroulements sont montés sur un même circuit magnétique. Exo 13 Page 10 3- Bobines triphasées Bobines à noyau de fer Les trois enroulements sont montés sur un même circuit magnétique. Circuit magnétique à trois noyaux bobinés

Calculez la réluctance du circuit magnétique ? Exo 13 Exercice 13 Calculez la réluctance du circuit magnétique ? Calculez l ’inductance de la bobine ? Calculez la valeur du courant i qui doit circuler dans la bobine?

Les côtes sont données en centimètres Exo 13 Exercice 13 Bobines à noyau de fer Les côtes sont données en centimètres

Réluctance du circuit magnétique Exo 13 Exercice 13 Bobines à noyau de fer Réluctance du circuit magnétique Inductance de la bobine

Flux magnétique dans le noyau Exo 13 Exercice 13 Bobines à noyau de fer Flux magnétique dans le noyau On a: Alors:

Calculez la valeur du courant i qui doit circuler dans la bobine? Exo 14 Page 10 Exercice 14 Calculez la valeur du courant i qui doit circuler dans la bobine?

Les côtes sont données en millimètres Page 10 Exercice 14 Les côtes sont données en millimètres

Exercice 14 Flux magnétique dans le noyau et dans l ’entrefer Page 10 Exercice 14 Flux magnétique dans le noyau et dans l ’entrefer Champs magnétique d ’excitation dans l ’entrefer Champs magnétique d ’excitation dans le fer H Voir courbe de B(H) Force magnétomotrice dans l ’entrefer (f.m.m)e = He*e Force magnétomotrice dans le fer (f.m.m)fer = H*l

(f.m.m)total= 891+1029 = 1920AT = n*i=1200*i Page 10 Exercice 14 ) ( wb f 2 m S T B / A H l AT f.m.m entrefer 6 10 * 25 4 . 1 - 11 = 3 8 891 fer 2450(tableau) 80 + 1029 (f.m.m)total= 891+1029 = 1920AT = n*i=1200*i