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RÉSUMÉ
L’importance de l’étude de la bobine à noyau de fer en régime variable est considérable en électrotechnique. Les bobines sont d’usage fréquent en électronique de puissance et les machines électriques nécessitent l’emploi de matériaux magnétiques. L’étude de la bobine passe par la mise en équation de l’ensemble des phénomènes dont elle est le siège. Or, dans le cas d’une bobine à noyau de fer, la tension à ses bornes et le courant qui la traverse ne peuvent pas être simultanément sinusoïdaux à cause de la présence des matériaux magnétiques, ce qui empêche d’appliquer directement les méthodes de résolution classiques.
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François LEPLUS : Docteur – Agrégé de l’Université - Professeur au lycée Carnot d’Arras
INTRODUCTION
L’importance de l’étude de la bobine à noyau de fer en régime variable est considérable en électrotechnique. Les bobines sont d’usage fréquent en électronique de puissance (composants passifs magnétiques) et les machines électriques (transformateurs, alternateurs, machines asynchrones et machines à courant continu) nécessitent l’emploi de matériaux magnétiques.
L’étude de la bobine passe par la mise en équation de l’ensemble des phénomènes dont elle est le siège. Or, dans le cas d’une bobine à noyau de fer, la tension à ses bornes et le courant qui la traverse ne peuvent pas être simultanément sinusoïdaux à cause de la présence des matériaux magnétiques.
Il n’est donc pas possible d’appliquer directement les méthodes de résolution classiques ; aussi, pour analyser le comportement de la bobine, deux méthodes sont envisagées.
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La première méthode consiste à linéariser le problème en remplaçant la bobine réelle par une bobine équivalente où toutes les grandeurs sont sinusoïdales ; on peut, alors, utiliser les outils habituels de calcul.
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La deuxième méthode consiste à prendre en compte les phénomènes non linéaires ; les équations obtenues sont alors traitées par ordinateur. Nous allons présenter ici la méthode de résolution des équations et quelques modèles permettant de décrire les phénomènes non linéaires qui régissent le fonctionnement de la bobine à noyau de fer.
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4. Conclusion
L’étude de la bobine à noyau de fer reste un problème délicat à cause des phénomènes non linéaires dont elle est le siège et de l’imbrication de ces problèmes.
Pour étudier son comportement, on dispose de deux outils :
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un schéma équivalent où tous les éléments sont constants ; il permet de résoudre le problème sous forme littérale ;
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un modèle numérique qui prend en compte les phénomènes non linéaires .
Le choix entre l’une ou l’autre des méthodes dépend de la précision souhaitée et des moyens de calculs dont on dispose. Ce choix n’est pas exclusif. On peut, dans un premier temps, obtenir un comportement approché à partir du schéma équivalent et affiner ensuite les résultats grâce à l’outil informatique qui constitue en outre un moyen d’analyse et de développement très bien adapté aux phases de mise au point de circuits comportant des bobines à noyau de fer.
Les développements technologiques importants des systèmes électromagnétiques résultent des progrès réalisés sur les matériaux magnétiques [4] [12] [13]. Cette évolution technologique est liée :
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aux progrès de nos connaissances fondamentales sur le magnétisme ;
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à l’utilisation des outils informatiques lors de l’étude et de l’analyse du comportement des circuits magnétiques.
Les méthodes proposées (schéma équivalent ou modèle numérique) sont générales et peuvent être ajustées pour tenir compte des évolutions technologique et informatique.
Notons enfin, que l’aspect expérimental demeure une phase incontournable dans l’étude et le dimensionnement des ensembles comprenant des bobines à noyau de fer.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Catalogue ISOLECTRA Montreuil.
-
(2) - * - Documentation Krupp Widia. Hyperm. Matériaux et composants magnétiques doux. Essen.
-
(3) - * - Documentation Metalimphy. Alliages magnétiques doux.
-
(4) - BRISSONEAU (P.) - Magnétisme et matériaux magnétiques - . 398 p., Hermès (1997).
-
(5) - ROBERT (P.) - Matériaux de l’électrotechnique - . 360 p., Dunod (1979).
-
(6) - FERRIEUX (J.P.), FOREST (F.) - Alimentations à découpage. Convertisseurs à résonance - . 3e édition. 318 p., Dunod (1999).
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