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Auteur(s)
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Yves BERTIN : Maître de conférences - Laboratoire d’études thermiques (LET) - École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique (ENSMA) de Poitiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
Une machine électrique tournante est le siège de dissipations de différentes origines. Elles sont largement distribuées dans sa structure et, plus rarement, dans le fluide de refroidissement lui-même (machine à grande vitesse de rotation). Le dimensionnement thermique d’une machine électrique, c’est-à-dire le calcul du champ de température et la détermination des voies d’évacuation de la chaleur, fait appel à des lois générales et à des relations particulières que cet article vise à synthétiser. Quelques données thermophysiques concernant les matériaux et les fluides rencontrés dans ce contexte sont apportées. Notons que cet article fait largement appel à des références des Techniques de l’Ingénieur précisées dans le texte.
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Conduction de la chaleur dans la structure d’une machine tournanteArticle inclus dans l'offre
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1. Lois générales de transmission de la chaleur
L’évacuation des différentes sources de chaleur dont une machine électrique est le siège s’effectue grâce aux trois modes de transfert (figure 1) :
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le transfert de chaleur par conduction dans la structure de la machine ;
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le transfert de chaleur par rayonnement entre chacune des parois de la structure et l’environnement ;
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le transfert de chaleur par convection, externe ou interne, naturelle ou forcée, suivant la technologie de refroidissement employée. On distingue principalement deux types de machines du point de vue de la technologie du refroidissement : les machines dites fermées (figure 2) et les machines ouvertes (figure 3).
1.1 Transmission de la chaleur par conduction
Ce mode de transfert nécessite un support matériel. Il opère dans l’ensemble de la structure de la machine ainsi que dans le fluide de refroidissement, en particulier au voisinage des parois de chacun des organes d’une machine [BE 8 200].
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Le flux thermique dΦ est défini comme étant la quantité de chaleur d Q (joule) qui traverse une section dS pendant l’unité de temps. Il s’exprime donc en watts. On peut définir le vecteur densité de flux thermique
en tout point de la surface. Il caractérise en chaque point du milieu la direction, le sens et l’intensité du flux thermique (figure 4) :
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