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RÉSUMÉ
Cet article présente les éléments constitutifs des principales machines électriques industrielles. Pour chacun d’eux, il détaille le rôle, la constitution, les matériaux et le dimensionnement. Toute machine électrique est composée d’un stator, d’un rotor et de paliers, qui soutiennent le rotor et assurent sa libre rotation. L’arbre est un organe de transmission du mouvement de rotation. La partie active d’une machine est formée d’un ensemble de conducteurs chargé de véhiculer les courants, et d’un circuit magnétique dont les fonctions principales sont la canalisation des lignes d’induction magnétiques, le maintien des conducteurs et la conduction thermique des conducteurs vers les zones de refroidissement (canaux de ventilation, entrefer).
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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 (Supelec) - 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.
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Damien VERBEKE : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble (ENSEEG) - Ingénieur au Service Études Machines Tournantes - Société Jeumont S.A.
INTRODUCTION
Ce dossier fait partie d’une série sur la « Construction des machines tournantes » :
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Construction des machines tournantes. Caractéristiques « Caractéristiques » ;
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Construction des machines tournantes. Éléments constitutifs « Éléments constitutifs » ;
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Construction des machines tournantes- Machines à courant alternatif « Machines à courant alternatif » ;
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Construction des machines tournantes- Machines à courant continu « Machines à courant continu » ;
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Construction des machines tournantes- Machines à aimants à fort couple « Machines à aimants de fort couple » ;
Dans ce dossier, nous présentons les éléments constitutifs des principales machines électriques industrielles.
Les éléments constitutifs des machines à aimants permanents de fort couple sont traités dans le dossier Construction des machines tournantes- Machines à aimants à fort couple.
Une machine électrique est formée d’un stator, d’un rotor et de paliers, l’arbre servant d’organe de transmission. Le stator comprend une carcasse dans laquelle est monté le circuit magnétique avec son bobinage.
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4. Arbre
4.1 Rôle et choix des matériaux
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L’arbre de la machine électrique est un organe de transmission du mouvement de rotation. Il comprend :
-
une partie centrale qui sert de support au corps du rotor, au circuit magnétique et aux enroulements tournants ;
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en général, un bout d’arbre sur lequel est fixé le demi-accouplement reliant la machine électrique à la machine mécanique.
L’arbre est lui-même supporté par un ou plusieurs paliers suivant la configuration de l’ensemble de la ligne d’arbre.
Dans certains cas, l’arbre sert de soutien au collecteur, aux ventilateurs, aux bagues, au rotor de la machine d’excitation, ainsi qu’à des accessoires variés.
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L’arbre est en acier moulé ou forgé dont les caractéristiques mécaniques sont choisies après avoir déterminé les contraintes maximales qui apparaissent lors des efforts permanents ou accidentels auxquels il est soumis. On peut classer ceux-ci en quatre catégories :
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les efforts de flexion qui résultent :
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des effets de la pesanteur et de la force centrifuge qui s’exerce sur l’arbre lui-même et sur les organes qu’il supporte,
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de l’attraction magnétique radiale différentielle,
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des forces extérieures éventuelles ;
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les efforts de torsion qui ont principalement pour origine le couple électromécanique transmis ;
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les efforts radiaux et tangentiels locaux qui ont pour cause la force centrifuge qui s’exerce sur l’arbre lui-même et sur les organes qu’il supporte ;
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les efforts axiaux de traction et de compression dus soit à l’action de la pesanteur pour les machines verticales,...
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