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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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2. Circuit magnétique
2.1 Rôle
Le couple C développé dans une machine électrique est proportionnel au produit du flux magnétique Φ par le courant induit I ; il est exprimé par la relation :
Il existe donc deux constituants principaux pour la partie active d’une machine :
-
un ensemble de conducteurs chargé de véhiculer les courants ;
-
un circuit magnétique dont les fonctions principales sont :
-
la canalisation des lignes d’induction magnétiques,
-
le maintien des conducteurs,
-
la conduction thermique des conducteurs vers les zones de refroidissement (canaux de ventilation, entrefer).
-
Le circuit magnétique doit donc présenter à la fois des propriétés magnétiques, des caractéristiques mécaniques déterminées et une bonne conductivité thermique.
Les caractéristiques magnétiques priment pour le choix des matériaux. On distingue, dans les circuits des machines électriques, deux familles types de champs magnétiques :
-
les champs fixes et continus, c’est-à-dire constants dans l’espace et le temps ; on les rencontre dans les stators des machines à courant continu et dans les rotors des machines synchrones ;
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les champs variables, qui se manifestent dans les rotors des machines à courant continu et asynchrones et dans les stators des machines synchrones et asynchrones.
2.2 Constitution
2.2.1 Circuits magnétiques à champ fixe
Dans ce type de circuits, l’induction en régime établi est fixe dans le temps. Les seules variations sont dues aux régimes transitoires (variations de vitesse,...
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