Les Champs Tournants Approches expérimentales Descriptif des machines Champ créé par le rotor : cas de l’alternateur Champ créé par le stator: cas du moteur Applications

Approches expérimentales Une boussole est attirée par un L'aiguille aimantée tourne à la même vitesse que l'aimant. aimant Sa rotation est dite synchrone Cette rotation s'explique par la rotation du champ magnétique créé par l'aimant. On souhaite créer une source de champ magnétique tournante qui permettrait la mise en rotation de l’aiguille. Pour cela on connaît une autre source de champ magnétique:

Une bobine peut attirer une boussole

Une bobine parcourue par du courant crée un champ dans l’axe de la bobine

Une bobine parcourue par du courant alternatif crée un champ alternatif

Si deux bobines créent un champ magnétique alors les champs s’additionnent vectoriellement.

Si trois bobines créent des champs magnétiques de même fréquence f déphasés de 120° La somme de ces trois champs crée un champ tournant à la vitesse

Descriptif commun aux différentes machines Armature externe : Stator Armature interne : Rotor Arbre du rotor Entrefer Encoche

Champ créé par le rotor Le rotor est alimenté de telle manière que les courants passent ainsi Le rotor est alors bipolaire : il crée un pôle Nord et un pôle Sud Le champ magnétique est radial et d’autant plus important que la ligne de champ entoure un nombre important de conducteurs Observons le champ magnétique créé par le rotor d’une machine si on se promène le long de l’entrefer N  S et ainsi de suite… Le champ varie donc sinusoïdalement le long de l’entrefer sa période spatiale est 2

2/p f=pn Si l’on augmente le nombre de paire de pôles (noté p): l'enroulement est multipolaire la période spatiale du champ magnétique est 2/p  e t Si l’on place une bobine face à ce champ créé par le rotor tournant à n tr/s elle sera le siège d’une tension induite de même période que le champ: ainsi la fréquence de la tension induite est : f=pn

Champ créé par le stator Le champ magnétique en un point M dépend : du temps puisque le courant est de la forme i = Imax cost i t de la position du point M dans l'entrefer D'où l'expression : B(M,t) = Bo cost . cos

Champ créé par trois enroulements portés par le stator, parcourus par un système triphasé de courants i1 t i2 t i3 t l’axe de B coïncide avec l’axe d’une phase, chaque fois que l’intensité du courant est maximale dans cette phase  l’ordre des phases impose le sens de rotation de B, donc le sens de rotation de la machine.

Généralisation à une machine multipôlaire Chaque enroulement comporte p bobines en série ( p paires de pôles ) disposées de manière à faire apparaître une succession de pôles N et S: chaque phase alimente p bobines en série; le décalage entre les axes de 2 bobines successives est (1/3)(2/p). Par comparaison avec une machine bipôlaire, l’axe du champ magnétique tournant coïncide avec l’axe d’une bobine chaque fois que l’intensité est maximale dans la phase alimentant cette bobine. L’angle entre les axes de 2 bobines successives étant p fois plus petit, la fréquence f est p fois plus grande f = p n Remarque importante : la réaction magnétique d'induit Si le champ magnétique est créé par un enroulement au rotor, il crée des courants induits dans un enroulement du stator; mais ces courants induits créent à leur tour un champ magnétique secondaire qui se superpose au champ magnétique principal en le déformant : c'est la réaction magnétique d'induit. (  Il en est de même si le champ magnétique est créé par un enroulement triphasé au stator )

Applications Machine synchrone

Applications Machine asynchrone

Applications EPFL