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Machines tornantes

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Machines tornantes

  1. 1. ELECTROTECHNIQUE 2 MACHINES ELECTRIQUES AZYAT ABDELILAH ENSAT 2013-2014
  2. 2. Sommaire 1. Les machines électriques tournantes  Les lois de l’électromagnétisme  Champ tournant  Champ tournant produit par un aimant  Champ tournant produit par un système triphasé  Principe de la machine synchrone  Principe de la machine asynchrone 2. Machines synchrones 3. Machines asynchrones 4. Machines spéciales (Moteur universel…)
  3. 3. 1.Les machines électriques tournantes Types de machines électriques tournantes • Une machine électrique tournante peut fonctionner avec : du courant continu  Machine à courant continu • Moteur à courant continu • Dynamo (génératrice à courant continu) du courant alternatif, monophasé ou triphasé  Machine synchrone • Moteur synchrone • Alternateur synchrone  Machine asynchrone • Moteur asynchrone 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  4. 4. 1.Les machines électriques tournantes Principe de fonctionnent Les lois de l’électromagnétisme: Les machines électriques tournantes fonctionnent grâce à : – La loi d’Ampère – La loi de Laplace – La loi de Faraday – La loi de Lenz 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  5. 5. 1.Les machines électriques tournantes La loi d’Ampère • Énoncé Courant dans un conducteur ⇒ Champ d’induction magnétique B 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone M  Création d’un champ magnétique dans un circuit électrique parcouru par un courant d'intensité I est : B= 𝟒𝝅 𝟏𝟎 𝟕 𝑵.𝑰 𝒍 SIM  .M  I B
  6. 6. 1.Les machines électriques tournantes La loi d’Ampère • Courant et champ de même nature – Courant continu ⇒ B continu – Courant alternatif ⇒ B alternatif • Utilité On peut créer des champs magnétiques avec du courant 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  7. 7. Les lois de l’électromagnétisme La loi de Laplace • Énoncé: Un conducteur parcouru par un courant et plongé dans un champ magnétique subit une force mécanique appelée: force de Laplace 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone sin F B I B I l    
  8. 8. • un cadre traversé par un courant dans un champ magnétique subit une force qui se traduit en un couple de rotation. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone Les lois de l’électromagnétisme La loi de Laplace
  9. 9. • Conducteur libre → mouvement • Technologie → contrôle du mouvement • Utilité: On peut faire bouger des circuits avec des champs magnétiques 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone Les lois de l’électromagnétisme La loi de Laplace
  10. 10. mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique • Lorsqu’on approche le nord d’un aimant droit, comment elle est la tension visualisée? 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone on visualise une tension positive
  11. 11. mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique • Lorsqu’on approche un sud, comment elle est la tension visualisée? 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone on visualise une tension négative
  12. 12. mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique • Dès que l’on approche ou éloigne une source de champ magnétique d’un circuit électrique fixe, • le champ magnétique qui traverse celui-ci varie et il se crée aux bornes du circuits une tension : tension induite 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  13. 13. La loi de Faraday • Énoncé La force électromotrice (f.é.m) e induite dans un circuit sous l’effet d’un champ magnétique est proportionnelle à la variation du flux magnétique φ. – Circuit fermé ⇒ naissance d’un courant • Utilité On peut induire des tensions et des courants (puissance électrique) à l’aide d’un champ magnétique 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  14. 14. La loi de Faraday Application : alternateur 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone On fait tourner un aimant droit devant une bobine Il se crée une tension alternative, quasi sinusoïdale.
  15. 15. • Énoncé Le sens du courant induit est tel que, par ses effets électromagnétiques, il s’oppose toujours à la cause qui lui a donné naissance • Utilité Décrit la conservation de l’énergie et permet d’établir les sens des tensions et des courants induits • Rappel : convention générateur ⇒ e et I dans le même sens 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  16. 16. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone •Il faut générer un champ magnétique: –C’est le rôle du STATOR (appelé aussi inducteur) qui est la partie fixe du moteur. •Il faut un cadre mobile (en rotation) traversé par un courant électrique: –C’est le rôle du ROTOR (appelé aussi induit) qui est la partie mobile du moteur.
  17. 17. • Première version possible de machines 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone • Le champ magnétique peut avoir une direction constante.  Cela désigne une machine à courant continu (CC).  Toutefois, il y a un petit problème.
  18. 18. • Voici le problème 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone • A 0°, un couple fait tourner le cadre. • 90° plus tard, le couple est nul. • 180° plus tard, le couple est l’inverse de celui à 0° .
  19. 19. • Solution 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone Inverser le sens du courant à chaque fois que le couple devient nul.  Ce qui se fait avec des balais (au stator) et des collecteurs (au rotor). Axe de rotation
  20. 20. • Seconde version possible des machines à courant alternatif 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone • Le champ magnétique tourne.  Cela désigne un moteur à courant alternatif (CA).  Comment avoir un champ magnétique tournant ?
  21. 21. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone  Comment avoir un champ magnétique tournant ?
  22. 22. Champ tournant • C'est quoi un champ tournant ? – C'est un aimant qui tourne autour d'un axe? – c'est un rotor ! 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  23. 23. Champ tournant produit par un aimant • Le champ magnétique “tournant” est caractérisé par sa vitesse de rotation ΩS 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  24. 24. Champ tournant produit par un aimant Expérience 1 • L’aimant en U crée………………………………………. • Quand l’aimant reste immobile, l’aiguille aimantée s’oriente dans le sens du …………………… • Dès que l’aimant tourne, l’aiguille ………………… dans le même sens et à la même ………………….. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone un champ magnétique champ tourne vitesse
  25. 25. Expérience 1 • L’aiguille entraînée par le champ magnétique (créé par l’aimant en U) tourne à la même vitesse que ce dernier. • On dit que la rotation est synchrone. • La vitesse de rotation du champ est appelée…………………………………………………. • notée ΩS (en rad/s) ou nS (en tour/s). 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone Champ tournant produit par un aimant vitesse de synchronisme
  26. 26. Champ tournant produit par un système triphasé  Expérience 2 • Les axes de 3 bobines identiques forment entre eux des angles de 120°. • Ces bobines sont alimentées par……………………….. • L’aiguille tourne alors spontanément dans un sens • Si on inverse l’ordre des phases d’alimentation alors l’aiguille tourne dans ………………………, à la même vitesse. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone un réseau triphasé de tension le sens inverse
  27. 27. Champ tournant produit par un système triphasé Expérience 2 • Les trois bobines disposées à 120° l’une de l’autre et alimentées par un réseau triphasé, • créent un champ magnétique tournant dont le sens dépend de l’ordre des phases d’alimentation des bobines. • La vitesse de synchronisme ΩS varie avec la pulsation ω du réseau. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  28. 28. Expérience 3 • On reprend le même aimant en U que précédemment et on place un disque plein et conducteur. • Le disque ……………. quand l’aimant………………., dans le même sens , mais ………………………………... 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone Champ tournant produit par un aimant tourne tourne moins vite
  29. 29. Champ tournant produit par un aimant Expérience 3 • Le champ tournant provoque la rotation du conducteur, mais à une vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme. • On dit que la rotation est ……………………………………. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone asynchrone
  30. 30. Expérience 4 • On reprend le dispositif précédent et l’on place au milieu des bobines, un disque plein et conducteur. • Ce disque tourne quand les bobines sont alimentées mais plus lentement que l’aiguille aimantée précédente. • Le sens de rotation s’inverse quand on………………deux phases du réseau d’alimentation 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone Champ tournant produit par un système triphasé inverse
  31. 31. Champ tournant produit par un système triphasé Expérience 4 • Le champ tournant créé par les trois bobines provoque la rotation du conducteur, • mais à une vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme, • on dit que la rotation est …………………… 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone asynchrone
  32. 32. Principe de la machine synchrone Décrire le principe de fonctionnement de la machine synchrone 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  33. 33. Principe de la machine synchrone • L’ensemble des lignes de champ créées par un stator de machine électrique (3 bobines à 120° l’une de l’autre alimentées par le réseau triphasé) tourne à la vitesse de synchronisme ΩS. • La vitesse de synchronisme dépend de la pulsation ω de l’alimentation. ω = p. ΩS Où p est un entier (paire de pôles de la machine) Les deux premières expériences illustrent le fonctionnement de la machine synchrone :  le rotor (aimant) tourne à la même vitesse que le champ créé par le stator (3 bobines) 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  34. 34. Principe de la machine asynchrone Décrire le principe de fonctionnement de la machine asynchrone 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  35. 35. Principe de la machine asynchrone • Les deux dernières expériences illustrent le fonctionnement de la machine asynchrone : le rotor (disque conducteur) tourne plus lentement que le champ créé par le stator (bobines…) 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone
  36. 36. Machine synchrone • Utilisations de la machine synchrone • Dans les centrales électriques, la machine synchrone transforme l'énergie mécanique en énergie électrique. 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone 20 kV Production Puissance de quelques 100MW à 1,5 GVW
  37. 37. Machine synchrone: L' ALTERNATEUR • Puissance de quelques kW 1. Les machines électriques tournantes • Les lois de l’électromagnétisme • Champ tournant • Champ tournant produit par un aimant • Champ tournant produit par un système triphasé • Principe de la machine synchrone • Principe de la machine asynchrone Puissance sur l'A320 : 2 x 90 kW Puissance de quelques centaines de W

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