Principes des Machines Électriques et du Magnétisme

Les Fondamentaux des Machines Électriques

Machine électrique : Un dispositif qui convertit l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie ou en puissance, mais avec une présentation différente. Cette énergie passe par une période de stockage dans un champ magnétique. Elles sont divisées en trois catégories : les groupes électrogènes, les moteurs et les transformateurs.

Phénomènes d'Induction

L'induction est le phénomène qui provoque la production d'une force électromotrice (FEM) dans un milieu ou un organisme exposé à un champ magnétique variable, ou dans un conducteur mobile au sein d'un champ magnétique statique.

L'inductance est le phénomène par lequel un courant électrique variant dans le temps au sein d'un circuit produit, sur ce même circuit, une autre force électromotrice ou une variation de tension induite opposée (tension d'auto-induction).

Constitution et Composants

Les circuits magnétiques sont fabriqués à partir de tôles fines empilées, de bobines ou de bandes d'acier magnétique.

Le noyau (ou nucleus) est le circuit magnétique qui assure le transfert d'énergie d'un circuit à l'autre ; sa fonction principale est de conduire le flux magnétique.

Les enroulements constituent les circuits et la charge :

• L'enroulement primaire a pour fonction principale de créer un champ magnétique avec une perte d'énergie très faible.
• L'enroulement secondaire doit exploiter le flux magnétique pour produire une force électromotrice.

Fonctionnement du Transformateur

Un transformateur ne fonctionne qu'avec du courant alternatif (AC) car il nécessite un champ magnétique variable dans la bobine pour induire un courant électrique. On distingue notamment les transformateurs de puissance et de mesure.

Dans un transformateur en étoile, la tension de ligne et la tension de phase sont différentes, mais l'intensité de ligne et de phase sont identiques. Dans un transformateur en triangle, cette relation est inversée.

Autotransformateur : Il possède les mêmes caractéristiques qu'un transformateur, à la différence qu'il ne dispose pas d'enroulements isolés l'un de l'autre.

• Avantages : Moins de pertes, poids réduit et économies de matière.
• Inconvénients : Inadapté aux gros transformateurs et ne peut pas être utilisé comme séparateur de réseaux.

Essais et Mesures Électriques

Les tests sont effectués sur un transformateur pour identifier les pertes qui s'y produisent. Les types de pertes sont :

• Les pertes fer dans le circuit magnétique.
• Les pertes cuivre dans le circuit électrique.

L'essai à vide permet de mesurer les pertes dans le circuit magnétique en laissant le circuit secondaire ouvert et en alimentant le primaire à sa tension nominale.

L'essai en court-circuit est réalisé en court-circuitant le secondaire du transformateur par un ampèremètre et un voltmètre réglable. Nous y observons les pertes cuivre (Vdc), l'impédance, la résistance du transformateur et le courant de court-circuit (Icc) maximum.

Pour mesurer le court-circuit, on utilise un ampèremètre en série avec la sortie du secondaire. L'appareil utilisé pour mesurer la résistance d'isolement est le mégohmmètre (ou Megger).

Principes de Physique et Magnétisme

Les particules sont formées par l'atome neutre, les protons et les électrons. Les métaux sont de bons conducteurs grâce à la facilité avec laquelle les électrons se déplacent sur la dernière couche de valence.

La loi de Coulomb définit la valeur de la force d'attraction ou de répulsion entre deux particules chargées électriquement situées à une distance fixe. Trois bons isolants sont le plastique, le bois et le caoutchouc, car ils possèdent une résistance électrique élevée.

La force du champ magnétique est la force magnétomotrice nécessaire pour magnétiser une unité de longueur de matériel. L'unité du champ magnétique est l'Oersted. Le flux magnétique est le nombre total de lignes de force dans un champ magnétique.

La perméabilité magnétique est le degré de facilité qu'offre l'environnement pour être traversé par les lignes de force formant un champ magnétique. La polarité dépend de la direction du mouvement du conducteur dans le champ magnétique.

Le courant de Foucault est un phénomène électrique qui se produit lorsqu'un conducteur traverse un champ magnétique variable ; on l'évite en utilisant des plaques d'acier empilées (feuilletage).