Machines Électriques : Principes, Constitution et Types (Moteurs, Dynamos)

Machines Électriques : Vue d'Ensemble Électromagnétique et Mécanique

Du point de vue électromagnétique et mécanique, les études sur le fonctionnement des machines à induction magnétique se basent sur deux circuits principaux :

1. Production des Ampères-Tours : Un système (inductance) produit les ampères-tours nécessaires, et un autre système recueille le flux pour produire de l'électricité ou de l'énergie mécanique (système induit).
2. Perspective Mécanique : Les machines sont classées ici en machines rotatives et statiques.

Les machines rotatives comprennent : les dynamos, les moteurs et les alternateurs. Elles possèdent une partie fixe (le stator) et une partie mobile (le rotor), séparées par un entrefer (zone de séparation ferromagnétique). Les machines statiques sont les transformateurs.

Constitution d'une Machine Tournante

Système Inducteur (Créateur du Champ Magnétique)

Dans une inductance, on trouve :

• Noyau des Inducteurs (Pôles) : Là où les lignes de champ de force magnétique entrent et sortent. Aux pôles, on distingue le noyau et l'expansion polaire (pièce polaire terminale).
• Bobine d'Inductance : Utilisée pour générer le champ magnétique, elles sont disposées sur les noyaux des inducteurs.
• Culasse ou Joug : Structure qui canalise également les lignes de force magnétique.

Système Induit (Partie Mobile)

Les machines rotatives comportent un système dont les parties sont induites :

• Induit (Bobine) : Formé par tous les conducteurs sur lesquels la force électromotrice (f.é.m.) est développée.
• Collecteur : Partie cylindrique composée d'un nombre de secteurs ou de barres séparées en cuivre, soudées aux extrémités des bobines de l'enroulement induit. Il est fixé à l'axe de rotation, mais isolé de celui-ci.
• Armature : (X) Désigne généralement l'ensemble de l'induit.
• Brosses : Contacts fixes qui frottent la surface du collecteur pour collecter et alimenter le courant induit vers la charge.

Moteurs Électriques

Comme l'effet électromagnétique est réversible, les machines à courant continu (c.c.) ont la même construction pour fonctionner en moteurs : moteur à excitation indépendante et moteur à auto-excitation. La tension appliquée au réseau provoque une force contre-électromotrice dans l'armature, et le couple résultant interagit avec le flux et la vitesse de rotation.

Types de Moteurs à Courant Continu

• Excitation Shunt (Dérivée) : Similaire au moteur à excitation indépendante, mais l'enroulement inducteur est connecté à un réseau de courant continu différent de celui utilisé pour l'enroulement de l'armature.
• Moteur Série : Excitation en série.
• Moteur Compound (Compound) : Composé d'une excitation série et d'une excitation shunt (connexion longue ou courte).

Dynamos (Génératrices à Courant Continu)

Les dynamos travaillent avec des aimants naturels ou des électro-aimants. Selon la source d'alimentation des bobines d'excitation, on distingue deux types de sources d'excitation : indépendantes et auto-excitées.

• Auto-excitée : La tension générée est donnée par la formule $E = K \cdot \Phi \cdot N$, où $K$ dépend du nombre de conducteurs, des paires de pôles et de la construction de la machine. $N$ est la vitesse en tr/min et $\Phi$ est le flux magnétique.
• Excitation Indépendante : Caractérisée par une indépendance totale entre le circuit de l'inductance (inducteur) et celui de l'armature. Le courant traversant l'inducteur provient d'un circuit externe. Intensité du courant dans l'induit = Intensité du courant en ligne ($I_{induit} = I_{ligne}$).