Les machines électriques

Lesmachines électriquesÉlectricité2 - ÉlectrotechniqueChristophePalermo IUTdeMontp ellierDépartementMesuresPhysiques&Institutd'Electroniquedu SudUniversitéMontpellier 2e-mail:Christophe.Palermo@univ-montp2.frAnnéeUniversitaire2009-2010MONTPELLIERPlan1Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationPrincipedefonctionnement2Descriptiond'unemachineélectriquetournantePointdevuemécaniquePointdevueélectrique3Leparc demachinesélectriquesExempledelatractionRobustessedesmoteurs 4Moteursélectriquescontremoteurs thermiquesLechoixd'un moteurGrandeursphysiqueset perfo rmances5Levéhicule hybrideIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20102/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPlan1Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationPrincipedefonctionnement2Descriptiond'unemachineélectriquetournantePointdevuemécaniquePointdevueélectrique3Leparc demachinesélectriquesExempledelatractionRobustessedesmoteurs 4Moteursélectriquescontremoteursthermiques Lechoixd'un moteurGrandeursphysiqueset perfo rmances5Levéhicule hybrideIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20103/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationDéfinitionDispositifélectro-mécaniqueÉnergieélectrique-→Énergiemécanique?MoteurÉnergiemécanique-→Énergieélectrique?GénératriceUneseuleetmême machine:conversion danslesdeuxsensRéversibilitéLesmachinesélectriques tournantesp euventfonctionner enmoteursetengénératrices:ellessont ditesréversibles.IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20104/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationTypesdemachinesélectriquestour nantesUnemachineélectrique tournantep eutfonctionneravec :ducourantcontinu ?Machineàcourant continuMoteuràcourant continuDynamo(génératriceà courantcontinu)ducourantalternatif, monophaséoutriphasé ?MachinesynchroneMoteursynchroneAlternateursynchrone?MachineasynchroneMoteurasynchroneGénératricehyp ersynchroneIUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20105/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationTypesdemachinesélectriquestour nantesUnemachineélectrique tournantep eutfonctionneravec :ducourantcontinu ?Machineàcourant continuMoteuràcourant continuDynamo(génératriceà courantcontinu)ducourantalternatif, monophaséou triphasé?MachinesynchroneMoteursynchroneAlternateursynchrone?MachineasynchroneMoteurasynchroneGénératricehyp ersynchroneIUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20105/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationTypesdemachinesélectriquestour nantesUnemachineélectrique tournantep eutfonctionneravec :ducourantcontinu ?Machineàcourant continuMoteuràcourant continuDynamo(génératriceà courantcontinu)ducourantalternatif, monophaséou triphasé?MachinesynchroneMoteursynchroneAlternateursynchrone?MachineasynchroneMoteurasynchroneGénératricehyp ersynchroneIUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20105/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Lesloisde l'électromagnétismeLesmachinesélectriques tournantesfonctionnent grâceà: Laloid'Amp ère(oude BiotetSavart)Laloide LaplaceLaloide Fara dayLaloide LenzPASDEPANIQUE! Danscecours :pasde calculdechamps magnétiques=?PhénomènesphysiquesetleursconséquencesIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20106/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Lesloisde l'électromagnétismeLesmachinesélectriques tournantesfonctionnent grâceà: Laloid'Amp ère(oude BiotetSavart)Laloide LaplaceLaloide Fara dayLaloide LenzPASDEPANIQUE! Danscecours :pasde calculdechamps magnétiques=?PhénomènesphysiquesetleursconséquencesIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20106/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloid'Amp ère(oude BiotetSavart)ÉnoncéCourantdansun conducteur=?Champd'inductionm agnétique-→BEntoutpoint del'espac e(maisdécroiten1/r2)Courantetchamp demêmenatureCourantcontinu=?-→BcontinuCourantalternatif=?-→BalternatifUtilitéOnpeut créerdeschampsmagnétiquesavec ducourantIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20107/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloid'Amp ère(oude BiotetSavart)ÉnoncéCourantdansun conducteur=?Champd'inductionm agnétique-→BEntoutpoint del'espac e(maisdécroiten1/r2)Courantetchamp demêmenatureCourantcontinu=?-→BcontinuCourantalternatif=?-→BalternatifUtilitéOnpeut créerdeschampsmagnétiquesavec ducourantIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20107/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloid'Amp ère(oude BiotetSavart)ÉnoncéCourantdansun conducteur=?Champd'inductionm agnétique-→BEntoutpoint del'espac e(maisdécroiten1/r2)Courantetchamp demêmenatureCourantcontinu=?-→BcontinuCourantalternatif=?-→BalternatifUtilitéOnpeut créerdeschampsmagnétiques avecducourant IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20107/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide LaplaceÉnoncéUnconducteur parcouruparuncourantetplongédansun champmagnétiquesubitunefo rcemécaniqueapp eléeforcedeLaplaceConducteurlibre -→mouvementTechnologie-→contrôledumouvementUtilitéOnpeut fairebougerdescircuitsavec deschampsmagnétiques IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20108/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide LaplaceÉnoncéUnconducteur parcouruparuncourantetplongédansun champmagnétiquesubitunefo rcemécaniqueapp eléeforcedeLaplaceConducteurlibre -→mouvementTechnologie-→contrôledumouvementUtilitéOnpeut fairebougerdescircuitsavec deschampsmagnétiques IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20108/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide LaplaceÉnoncéUnconducteur parcouruparuncourantetplongédansun champmagnétiquesubitunefo rcemécaniqueapp eléeforcedeLaplaceConducteurlibre -→mouvementTechnologie-→contrôledumouvementUtilitéOnpeut fairebougerdescircuitsavec deschampsmagnétiques IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20108/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide LaplaceÉnoncéUnconducteur parcouruparuncourantetplongédansun champmagnétiquesubitunefo rcemécaniqueapp eléeforcedeLaplaceConducteurlibre -→mouvementTechnologie-→contrôledumouvementUtilitéOnpeut fairebougerdescircuits avecdeschamps magnétiquesIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20108/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide Farada yÉnoncéLaforce électromotriceeinduitedansun circuitsousl'e ffetd'unchamp magnétiqueestp roportionnelle àlavariationdufluxmagnétiqueφ.Qu'est-cequecelaveutdire ?e=-dφdt=??-→Bvariableinduitevariable-→Bcontinun'induitpasdef.é.m ?Circuitfermé=?naissanced'uncourantUtilitéOnpeut induiredestensionsetdescourants (puissanceélectrique)à l'aided'unchampmagnétique IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20109/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide Farada yÉnoncéLaforce électromotriceeinduitedansun circuitsous l'effetd'unchamp magnétiqueestp ropo rtionnelleàlavariationdufluxmagnétiqueφ.e=-dφdt=??-→Bvariableinduitevariable-→Bcontinun'induitpasde f.é.m?Circuitfermé=?naissanced'uncourantUtilitéOnpeut induiredestensionsetdes courants(puissanceélectrique) àl'aided'unchampmagnétique IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20109/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide Farada yÉnoncéLaforce électromotriceeinduitedansun circuitsous l'effetd'unchamp magnétiqueestp ropo rtionnelleàlavariationdufluxmagnétiqueφ.e=-dφdt=??-→Bvariableinduitevariable-→Bcontinun'induitpasde f.é.m?Circuitfermé=?naissanced'uncourantUtilitéOnpeut induiredestensionsetdescourants (puissanceélectrique)à l'aided'unchampmagnétique IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20109/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide Farada yÉnoncéLaforce électromotriceeinduitedansun circuitsous l'effetd'unchamp magnétiqueestp ropo rtionnelleàlavariationdufluxmagnétiqueφ.e=-dφdt=??-→Bvariableinduitevariable-→Bcontinun'induitpasde f.é.m?Circuitfermé=?naissanced'uncourantUtilitéOnpeut induiredestensionsetdescourants (puissanceélectrique)à l'aided'unchampmagnétique IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-20109/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide LenzÉnoncéLesensdu courantinduitest telque,pa rsese ffetsélectromagnétiques,il s'opposetoujoursàla causequi luiadonné naissanceUtilitéDécritlaconservationde l'énergieetp ermetd'établirlessensdestensions etdescourantsinduits?Rappel:conventiongénérateur=?eetIdanslemême sens IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201010/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide LenzÉnoncéLesensdu courantinduitest telque,pa rsese ffetsélectromagnétiques,il s'opposetoujoursàla causequi luiadonné naissanceUtilitéDécritlaconservationde l'énergieetp ermetd'établirlessensdestensions etdescourantsinduits?Rappel:conventiongénérateur=?eetIdanslemême sens IUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201010/ 29Lesmachinesélectriques tournantesPrincipedefonctionnement Laloide LenzÉnoncéLesensdu courantinduitest telque,pa rsese ffetsélectromagnétiques,il s'opposetoujoursàla causequi luiadonné naissanceUtilitéDécritlaconservationde l'énergieetp ermetd'établirlessensdestensions etdescourantsinduits?Rappel:conventiongénérateur=?eetIdanslemême sensIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201010/ 29Descriptiond'unemachineélectriquetournante Plan1Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationPrincipedefonctionnement2Descriptiond'unemachineélectriquetournantePointdevuemécaniquePointdevueélectrique3Leparc demachinesélectriquesExempledelatractionRobustessedesmoteurs 4Moteursélectriquescontremoteursthermiques Lechoixd'un moteurGrandeursphysiqueset perfo rmances5Levéhicule hybrideIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201011/ 29Descriptiond'unemachineélectriquetournante PointdevuemécaniqueÉlémentsmécaniques statorrotorentreferarbre de transmissionStator:partie fixe,statiqueRotor:élémententrant enrotationLerotor estliéàl'arbredetransmissionStatoretrotorsé parés parl'entreferIUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201012/ 29Descriptiond'unemachineélectriquetournante PointdevueélectriqueÉlémentsélectriques Deuxcircuitsélectriques: L'inducteur:?Créélechampmagnétique ?Permetletransfertd'énergieroto r??stator?CourantiL'induit:?Siègedel'inductionélectromagnétique?Expressiondesphénomènesphysiques?Créationdesnouvellesgrandeurs(couple ouf.é.m+courant)?CourantIIUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201013/ 29Descriptiond'unemachineélectriquetournante PointdevueélectriqueÉlémentsélectriques Deuxcircuitsélectriques: L'inducteur:?Créélechampmagnétique ?Permetletransfertd'énergieroto r??stator?CourantiL'induit:?Siègedel'inductionélectromagnétique?Expressiondesphénomènesphysiques?Créationdesnouvellesgrandeurs(couple ouf.é.m+courant)?CourantIIUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201013/ 29Descriptiond'unemachineélectriquetournante PointdevueélectriqueRôlesdeséléments Lesrôlesdép endentdela machineSelonlamachine :stator=inducteurouinduit!rotor=inducteurouinduit!Pourunemachinedonnée: inducteurdumoteur=inducteurdelagénératrice induitdumoteur =induitdela génératriceIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201014/ 29Leparc demachinesélectriquesPlan1Lesmachinesélectriques tournantesPrésentationPrincipedefonctionnement2Descriptiond'unemachineélectriquetournantePointdevuemécaniquePointdevueélectrique3Leparc demachinesélectriquesExempledelatractionRobustessedesmoteurs 4Moteursélectriquescontremoteurs thermiquesLechoixd'un moteurGrandeursphysiqueset perfo rmances5Levéhicule hybrideIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201015/ 29Leparc demachinesélectriquesExemplede latractionTrains3typ esdemachinesutilisées:MachineàcourantcontinuMachinesynchrone?Rotortourneàlamême vitessequele champinducteurMachineasynchrone?Vitessedurotor?=vitesseducha mpinducteur ChoixDépenddesprogrèstechniquesIUTdeMon tpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201016/ 29Leparc demachinesélectriquesExemplede latractionLesdifférentsmoteurs Compromis:coûtetdifficultédelacommande coûtde fabricationet d'entretiendifficultéde la commande+--+Moteur à courant continuMoteur synchroneMoteur asynchroneTension et courantconnexion directe possibleTGV Sud-Est (orange), trains corails, etc.Fréquence et courantToyota PriusTGV AtlantiqueGrandes machines industriellesFréquenceTGV TMST (Eurostar)VentilateursLave-lingeMêmechosedansd'autresdomaines IUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201017/ 29Leparc demachinesélectriquesExemplede latractionLesdifférentsmoteurs Compromis:coûtetdifficultédelacommande coûtde fabricationet d'entretiendifficultéde la commande+--+Moteur à courant continuMoteur synchroneMoteur asynchroneTension et courantconnexion directe possibleTGV Sud-Est (orange), trains corails, etc.Fréquence et courantToyota PriusTGV AtlantiqueGrandes machines industriellesFréquenceTGV TMST (Eurostar)VentilateursLave-lingeMêmechosedansd'autresdomaines IUTdeMo ntpellier(Me suresPhysiques)Lesmachinesélectriques 2009-201017/ 29Leparc demachinesélectriquesRobustessedes moteursRobustesse?Questionpertinente Quelleestl'utilité d'apprendre lefonctionnementd'une autremachinequelamachineasynchrone ?1MachinesrobustesSolidesetfiables DurentdansletempsPrésenteslongtempsdansleparc 2Certainsmoteursnesontpas adaptésà certainesapplications: ?Absurded'utiliserun moteurs