Présentation
Auteur(s)
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Marcel JUFER : Docteur ès sciences techniques - Professeur à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne - Directeur de l’Institut d’Électromécanique et Machines Électriques - Dr HC Cluj (Roumanie), Mons (Belgique) et Grenoble (France)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La conversion d’énergie électrique en énergie mécanique ou en énergie électrique de tension différente (transformateurs) recourt à deux types de phénomènes :
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les phénomènes électriques associés au courant ;
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les phénomènes magnétiques associés au flux magnétique.
Ces deux types de phénomènes, liés par les équations de Maxwell, interagissent de façon très directe dans les systèmes électromécaniques et électromagnétiques. En effet, les circuits correspondants, supports respectifs du courant et du flux, sont toujours imbriqués.
L’étude de tout système électromécanique peut se rattacher à deux modèles situés à des niveaux différents.
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Le modèle de Maxwell [7], caractérisé par des équations locales, suppose les milieux continus. Il permet, principalement, l’analyse de la distribution des lignes de champ (induction magnétique, densité de courant) associées à un milieu électrique ou magnétique.
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Le modèle de Kirchhoff, caractérisé par la notion de circuits, comprenant des composants (résistance R, inductance L et condensateur C) et des grandeurs (tension U, courant I et flux magnétique Φ ), résulte de l’intégrale de champs ou de variables locales.
Le recours à un tel modèle et aux équations associées, lorsque cela est possible, simplifie l’analyse et en accroît l’efficacité.
L’analyse de circuits magnétiques implique principalement le passage du modèle de Maxwell à celui de Kirchhoff. Cela se fait en prenant en compte les propriétés des phénomènes magnétiques reposant principalement sur la conservation du flux et la perméabilité des divers milieux ; par ailleurs, l’analogie avec les circuits électriques permet une meilleure compréhension des phénomènes.
La maîtrise des circuits magnétiques, sous forme locale ou intégrale, permet de traiter les aimants permanents et les circuits ferromagnétiques, afin de calculer les forces et couples résultants ainsi que les effets parasites tels que saturation et pertes dans le fer.
En dernier lieu, la conception de systèmes utilisant des circuits magnétiques met en évidence, au travers d’exemples, la démarche spécifique.
VERSIONS
- Version courante de août 2010 par Marcel JUFER
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3. Circuits ferromagnétiques
3.1 Matériaux ferromagnétiques
Tous les matériaux ont une perméabilité très proche ou égale à celle du vide, à l’exception des matériaux ferromagnétiques. Ceux-ci sont constitués de fer, de nickel, de cobalt et de leurs alliages. Ils sont caractérisés par une perméabilité µ f nettement plus élevée que celle du vide :
La perméabilité relative varie de 10 à 10 000, selon les matériaux et le niveau de saturation.
Un matériau ferromagnétique [9] est caractérisé par des propriétés de saturation (diminution de la perméabilité avec le niveau d’induction) et d’hystérésis. Celles-ci sont représentées par le diagramme de la figure 23.
Les propriétés des matériaux ferromagnétiques sont utilisées dans la conception et la construction des transformateurs et des moteurs. Elles sont caractérisées dans les paragraphes suivants.
HAUT DE PAGE
Le circuit magnétique de la figure 24 comprend une partie ferromagnétique et de l’air.
Il peut être représenté par le schéma équivalent de la figure 25.
Pour des sections identiques S du fer et de l’air et des longueurs respectives et
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SABONNADIÈRE (J.C.), COULOMB (J.L.) - Éléments finis et CAO. - Ed. Hermès, Paris, (1986).
-
(2) - JUFER (M.) - Électromécanique, Traité d’électricité, volume IX. - Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, (1995).
-
(3) - WOODSON (H.), MELCHER (J.) - Electromechanical dynamics. - R.E. Krieger publishing Co, Malagar Fl, (1985).
-
(4) - SCHÜLER (K.), BRINKMANN (K.) - Dauermagnete – Werkstoff und Anwendung. - Springer Verlag, Berlin, (1970).
-
(5) - KALLENBACH (E.) - Der Gleichstrommagnet. - Akademische Verlagsgesellschaft, Geest & Portig, Leipzig, (1969).
-
(6) - MOULLIN (E.B.) - The principles of Electromagnetism. - 2nd edition, Clarendon Press, Oxford, (1950).
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