hajji

Pages: 12 (2858 mots) Publié le: 14 juin 2014
Transformateur monophase
PARTIE THEORIQUE

Rappels d'électromagnétisme
1 - Ferromagnétisme
1-1) Définition
Tous les matériaux réagissent à l’excitation magnétique H créée par un courant i.
Les matériaux
ferromagnétiques (Fe, Co, Ni et alliages) réagissent en renforçant très fortement l’induction B :
B=µ 0 µr H, où µr (perméabilité magnétique relative du matériau) peut valoir de 1000 à50000.
Un morceau de fer vierge de toute aimantation contient un grand nombre de moments magnétiques
élémentaires µ orientés au hasard. Dès qu’on lui impose une excitation magnétique H, une partie de
ces moments s’aligne sur H, contribuant à augmenter l’induction B. Plus H est élevé, plus il y a des
moments magnétiques µ alignés avec H et plus B sera grand (régime B(H) linéaire). Lorsque tousles
moments sont alignés, on dit que le fer est saturé : toute augmentation ∆H de H n’entraîne plus
qu’une augmentation ∆B=µ 0 ∆H de l’induction. La courbe de première aimantation B(H) ci-dessus
montre que µr=Β/(µ0 Η) est constant dans la partie linéaire puis diminue dès que le coude de
saturation est passé.
La valeur élevée de µr a une conséquence cruciale : l’induction "passe" µr fois plusfacilement dans
le fer que dans l’air. Dès que l’on place un morceau de fer dans un lieu où existe un champ
magnétique, les lignes d’induction s’y engouffrent et sont canalisées par le circuit magnétique (tant
que le fer n’est pas saturé). Ainsi toutes les machines électrotechniques classiques comportent un
circuit presque totalement constitué de fer. L’espace d’air (entrefer) qui sépare lapartie fixe (stator)
de la partie tournante (rotor) est réduit au minimum.
Sans ferromagnétisme il n’y aurait pas d’électricité industrielle (alternateurs, transformateurs,
moteurs).
1-2) Inductance d’une bobine à noyau de fer
Comparons l’inductance d’un solénoïde bobiné sur un tore de longueur l avec ou sans noyau de fer.
Elle est donnée par Φ (weber) =L i (: Φ est le flux de B traversant labobine Φ=n B.S (l'induction est
supposée uniforme, n est le nombre de spires de l'enroulement, S est la surface de la spire en m2).
- sans fer B = µ0 H=µ0 n i/l (théorème d'Ampère)
d’où Φ/S= n2 µ0 i/l et L0=µ0 n2S/l
- avec fer B = µ0 µr H et L=µ r L0
Ainsi la self d’une bobine à noyau de fer est considérablement plus élevée que sans fer._____________________________________________________________________________________________
Transformateur monophasé - 1
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble

Lorsqu’on passe en courant alternatif (hormis le phénomène d’hystérésis - voir plus loin) la loi de
Lenz donne une fem E= (-dΦ/dt) = -jω Φ= -j Lω Ι. Si le fer n’est pas saturé, l’inductance Lω est un
bon paramètre,constant, mais qui devient inutilisable dès que le fer sature (µr variable).
Les proportionnalités de E avec Φ et B d'une part, et de H avec i d'autre part, permettent d’affirmer
que le graphe E(i) a la même allure que B(H). Dans les graphes E(i) que l’on relève en TP, le coude
de saturation est beaucoup moins marqué que sur le graphe B(H) ci-dessus : l’induction n’étant pas
uniforme, lasaturation ne se manifeste pas pour le même i pour tout le circuit magnétique d’une
machine.

1-3) Phénomène d’hystérésis
Le graphe B(H) ci-dessus concerne la première aimantation d’un morceau de fer. Que se passe-t-il
lorsque, en alternatif, i passe périodiquement de la valeur +imax à -imax, puis de -imax à +imax?
Lorsque i passe de 0 à +imax, c’est la courbe de première aimantation, B passe de 0 à+Bmax. Quand
i revient de +imax à 0, le retour ne se fait pas par le même chemin que l’aller. Si bien que pour i=0,
l’induction Br rémanente n’est pas nulle : le morceau de fer est devenu un aimant permanent. Br
étant proportionnelle à Bmax (et à Hmax ou imax s’il n’y a pas saturation), Br est la "mémoire" de
imax. C’est le principe de l’enregistrement magnétique (cassettes, bandes et...
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