Alternateur

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  • Publié le : 21 mai 2010
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Machines à courant alternatif
I. Rappel sur les champs tournants. Nous allons définir la notion de champ tournant. Ces champs sont à la base du principe de fonctionnement des machines électriques tournantes à courants alternatifs. Nous allons nous intéresser à la façon de produire de tels champs à partir d'un courant alternatif, puis à partir d'un système triphasé équilibré de courants.

I.1.Théorème de Leblanc. Considérons un bobinage d'axe Ox parcouru par un courant i( t ) = I. 2 . cos(ω.t ) . Ce r r dispositif permet de créer un champ sur l'axe Ox défini par H = H m . cos(ω.t ).u x

Considérons deux champs H+ et H- de norme constante Hm/2 qui tournent en sens inverse à des vitesses ω et -ω. On constate alors que r r H H r r  H r r  H H + + H − =  m . cos(ωt ).u x + m .sin(ωt ).u y  +  m . cos( −ωt ).u x + m . sin( − ωt ).u y  2 2  2   2  soit r r r r H + + H − = H m . cos(ωt ).u x = H

Théorème de Leblanc: r r Un bobinage alimenté par un courant i( t ) = I. 2 . cos(ω.t ) crée un champ H = H m . cos(ω.t ).u x qui est équivalent à la somme de deux champs de norme constante Hm/2 qui tournent en sens inverse aux vitesses ω et -ω. Conclusion: Ce théorème permetde comprendre comment obtenir un champ tournant au moyen d'un seul bobinage. Nous verrons que cela permet d'expliquer le fonctionnement des machines monophasées.

I.2 Théorème de Ferraris. Considérons trois bobinages répartis dans l'espace de telle sorte que l'on passe de l'un d'entre eux à son voisin par une rotation de centre O et d'angle 2π/3. Ces bobinages sont alimentés par un systèmetriphasé équilibré de courants. La structure se présente sous la forme suivante

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Courant et champ H résultant étant proportionnels, on a les champs suivants, dans l'axe de chaque bobine: h1 ( t ) = H. cos(ω.t ) dans la direction Ox1. 2.π h 2 ( t ) = H. cos(ω.t − ) dans la direction Ox2. 3 4.π h 2 ( t ) = H. cos(ω.t − ) dans la direction Ox3. 3 En travaillant en complexes pour faire une somme devecteurs, on va alors avoir  h1 = H. cos(ωt ).e j.0  2.π  2.π j. 3 ).e h 2 = H. cos(ωt − 3  4.π  4.π j. 3 h 3 = H. cos(ωt − ).e 3  Globalement, on trouve que 3 h ( t ) = h1 ( t ) + h 2 ( t ) + h 3 ( t ) = .H.e j.ω.t 2 La partie réelle donne la composante suivant l'axe Ox et la partie imaginaire la composante suivant l'axe Oy. On trouve donc un champ H qui tourne dans le plan Oxy autour deO. Théorème de Ferraris. Trois bobinages décalés de 2π/3, alimentés par des courants sinusoïdaux triphasés équilibrés de pulsation ω permettent de créer un champ tournant à la vitesse ω. Ce champ, équivalent à un rotor fictif, passe par l'axe d'une bobine quand le courant y est extremum. rq: Si on inverse deux phases, le sens de rotation est inversé. C'est de cette façon qu'on modifiera le sensde rotation de la machine. rq: On ne s'est intéressé qu'à la résultante de la composante des champs créés dans l'axe des bobinages. Dans la pratique, on ne peut se contenter de s’intéresser à un champ tournant uniquement au voisinage du point O. De par la structure des machines (entrefer fin entre rotor et stator ferromagnétiques), le champ tournant va se retrouvé localisé dans l’entrefer (si lematériau est de perméabilité quasi infinie, H est quasi nul dans les parties ferromagnétiques). De plus, en répartissant les bobinages du stator judicieusement, on va pouvoir faire en sorte que la composante radiale de H dans l’entrefer évolue sinusoïdalement en fonction de la position angulaire θ à un instant donné.

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II. Machine synchrone. • La machine synchrone est un système électriquepermettant de convertir de l'énergie mécanique en énergie électrique (génératrice) et inversement (moteur). • C'est ce type de machine qui fournit l'énergie électrique appelée par le réseau de distribution dans les centrales électriques (on parle d'alternateur). Elle a également été utilisée en traction ferroviaire (rôle moteur) dans le TGV atlantique… • Néanmoins, on la rencontre peu dans les...
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