1. ELECTROTECHNIQUE 2
MACHINES ELECTRIQUES
AZYAT ABDELILAH
ENSAT 2013-2014

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. 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. 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. 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. 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. 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. • 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. • 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. 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. 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. 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. 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. 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. • 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. 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. • 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. • 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. • 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. • 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Machine synchrone
• Utilisations de la machine synchrone
• Dans les centrales électriques, la machine
synchrone transforme l'énergie mécanique
en énergie électrique.
1. Les machines
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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. Machine synchrone:
L' ALTERNATEUR
• Puissance de quelques kW
1. Les machines
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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