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RÉSUMÉ
Les avancées importantes accomplies dans le domaine des matériaux électrotechniques tels que les aimants permanents, et dans celui de l’électronique de puissance aboutissent à des améliorations sensibles et à l’émergence de nouvelles technologies de machines électriques tournantes. Ces progrès permettent notamment de réaliser des entraînements de fort couple de grande compacité à l’aide de machines à aimants permanents. Ces technologies trouvent un secteur d’application privilégié dans la propulsion électrique navale et les actionneurs embarqués.
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Patrick BRUTSAERT : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure des Arts et Métiers (ENSAM) - Ingénieur au Service Études Machines Tournantes - Société Jeumont S.A.
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Daniel LALOY : Ingénieur de l’École Supérieure d’Électricité (Supélec) - Responsable du laboratoire - Société Jeumont S.A.
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Philippe ROBERT : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Ingénieurs Électriciens de Grenoble (ENSIEG) - Ingénieur au Service Études Machines Tournantes - Société Jeumont S.A.
INTRODUCTION
Les avancées importantes accomplies dans le domaine des matériaux électrotechniques tels que les aimants permanents, et dans celui de l’électronique de puissance aboutissent à des améliorations sensibles et à l’émergence de nouvelles technologies de machines électriques tournantes. Ces progrès permettent notamment de réaliser des entraînements de fort couple de grande compacité à l’aide de machines à aimants permanents. Ces technologies trouvent un secteur d’application privilégié dans la propulsion électrique navale et les actionneurs embarqués, pour lesquels les contraintes de volume, de disponibilité et de discrétion acoustique sont particulièrement exigeantes. De nombreux développements visant à utiliser ce type de machines dans le domaine de l’ énergie éolienne sont en cours.
Ce dossier fait partie d’une série sur la « construction des machines tournantes » : [D 3 570] « Caractéristiques » ; [D 3 571] « Éléments constitutifs » ; [D 3 572] « Machines à courant alternatif » ; [D 3 573] « Machines à courant continu » ; [D3 574] « Machines à aimants à fort couple » ; [Doc. D 3 575] « Pour en savoir plus ».
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Machines à champ radialArticle inclus dans l'offre
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1. Types de machines
1.1 Machines à champ axial ou radial
Les machines à aimants à fort couple sont des machines synchrones dont le rotor est équipé d’aimants permanents. Le flux principal est créé sans pertes et le refroidissement du rotor s’en trouve simplifié. Un autre avantage de ce type de solution est la possibilité de concevoir des machines à faible pas polaire (inférieur à 200 mm) pour diminuer en conséquence les hauteurs d’armature rotor et stator ainsi que les têtes de bobines des enroulements statoriques.
Les machines considérées dans le présent dossier sont des machines dont le nombre de pôles est important et donc la vitesse de rotation est faible (inférieure à 500 tr/mn). Le couple d’entraînement de l’arbre est donc élevé, d’où la dénomination « à fort couple ». Elle tourne à la vitesse ( N S en tr/min) :
avec :
- f (Hz) :
- fréquence d’alimentation
- p :
- nombre de paire de pôles.
Ces machines sont entraînées par des convertisseurs de puissance électronique, de type onduleur de tension, dont la tension de sortie et la fréquence d’alimentation varient suivant le point de fonctionnement. Ceux-ci utilisent généralement la technique dite de « contrôle vectoriel ». La machine à aimants est donc généralement utilisée en tant que moteur à vitesse variable. Elle peut également être utilisée comme générateur.
La construction de ce type de machine peut être conventionnelle , c’est-à-dire à champ radial (figure 1). Dans ce cas, le rotor est cylindrique et le stator comprend un alésage dans lequel tourne le rotor. Le rotor est équipé d’aimants permanents placés et magnétisés de telle sorte que le trajet du champ magnétique dans l’entrefer (du rotor vers le stator et vice-versa) soit radial. Les conducteurs placés dans le stator sont parallèles à l’axe de rotation,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LALANNE (M.), FERRARIS (G.) - Dynamique des rotors en flexion - . B 5 110 (11/1996).
-
(2) - GOJON (R.) - Critères de choix d’un palier - . Présélection. B 5 300 (08/1996).
-
(3) - GOJON (R.) - Critères de choix d’un palier - . Validation. B 5 310 (01/1997).
-
(4) - FRÊNE (J.) - Butées et paliers hydrodynamiques - . B 5 320 (08/1995).
-
(5) - NICOLAS (D.) - Butées et paliers hydrostatiques - . B 5 325 (11/1995).
-
(6) - LIGIER (J.-L.) - Matériaux pour paliers lisses - . B 5 330 (11/1995).
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(7)...
ANNEXES
1.1 Normes françaises et européennes
NF EN 10106 Août 1996
Tôles magnétiques à grains non orientés laminées à froid et livrées à l’état fini
NF EN 60034-1 Décembre 2004
Machines électriques tournantes – Partie 1 : caractéristiques assignées et caractéristiques de fonctionnement
NF EN 60034-2 Décembre 2005 + NF EN 60034-2/A1-A2 Janvier 2006
Machines électriques tournantes – Partie 2 : méthodes pour la détermination des pertes et du rendement des machines électriques tournantes à partir d’essais (à l’exclusion des machines pour véhicules de traction)
NF EN 60034-3 Octobre 2005
Machines électriques tournantes – Partie 3 : règles spécifiques pour les machines synchrones à rotor cylindrique
NF EN 60034-4 Février 1996
Machines électriques tournantes – Partie 4 : méthodes pour la détermination à partir d’essais des grandeurs des machines synchrones
NF EN 60034-5 Septembre 2001
Machines électriques tournantes – Partie 5 : degrés...
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