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Les Champs Tournants
• Approches expérimentales
• Descriptif des machines
• Champ créé par le rotor : cas de l’alternateur
• Champ créé par le stator: cas du moteur
• Applications
Approches expérimentales
Sa rotation est dite
synchrone
Cette rotation s'explique par la rotation du champ
magnétique créé par l'aimant.
• Une boussole est attirée par un
• L'aiguille aimantée tourne à la même vitesse que l'aimant.
On souhaite créer une source de champ magnétique
tournante qui permettrait la mise en rotation de l’aiguille.
Pour cela on connaît une autre source de champ magnétique:
aimant
• Une bobine peut
attirer une boussole
• Une bobine
parcourue par du
courant crée un
champ dans l’axe de
la bobine
• Une bobine
parcourue par du
courant
alternatif crée un
champ alternatif
• Si deux bobines
créent un champ
magnétique alors les
champs s’additionnent
vectoriellement.
• Si trois bobines créent
des champs magnétiques
• de même fréquence f
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champs crée un champ
tournant à la vitesse
Descriptif commun aux
différentes machines
Armature externe : Stator
Armature interne : Rotor
Arbre du rotor
Entrefer
Encoche
Champ créé par le rotor
• Observons le champ magnétique créé par le
rotor d’une machine si on se promène le long
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• Le rotor est alimenté de telle manière que les courants passent ainsi
O
• Le rotor est alors bipolaire : il crée un pôle Nord et un pôle Sud
N
S
• Le champ magnétique est radial et d’autant
plus important que la ligne de champ entoure
un nombre important de conducteurs
B

• Le champ varie donc sinusoïdalement le long
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B
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et ainsi de suite…
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• Si l’on augmente le nombre de paire de pôles (noté p):
la période spatiale du champ magnétique est
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B

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l'enroulement est multipolaire
Si l’on place une bobine face à ce champ créé par le rotor tournant à n
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champ: ainsi la fréquence de la tension induite est :
f=pn
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Champ créé par le stator
Le champ magnétique en un point M dépend :
D'où l'expression :
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i = Imax cost
•de la position du point M dans l'entrefer
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y1
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Champ créé par trois enroulements portés par le stator,
parcourus par un système triphasé de courants
1
ˆ
( ) cos
i t I t


2
2
ˆ
( ) cos( )
3
i t I t


 
3
2
ˆ
( ) cos( )
3
i t I t


 
l’axe de B coïncide avec l’axe d’une phase,
chaque fois que l’intensité du courant est
maximale dans cette phase  l’ordre des phases
impose le sens de rotation de B, donc le sens de
rotation de la machine.
i1
t
i2
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t
t
• Généralisation à une machine multipôlaire
• Chaque enroulement comporte p bobines en série ( p paires de pôles ) disposées
de manière à faire apparaître une succession de pôles N et S:
• chaque phase alimente p bobines en série;
• le décalage entre les axes de 2 bobines successives est (1/3)(2/p).
• Par comparaison avec une machine bipôlaire, l’axe du champ magnétique
tournant coïncide avec l’axe d’une bobine chaque fois que l’intensité est
maximale dans la phase alimentant cette bobine.
• L’angle entre les axes de 2 bobines successives étant p fois plus petit, la
fréquence f est p fois plus grande
• f = p n
• Remarque importante : la réaction magnétique d'induit
• Si le champ magnétique est créé par un enroulement au rotor, il crée des courants
induits dans un enroulement du stator; mais ces courants induits créent à leur tour
un champ magnétique secondaire qui se superpose au champ magnétique
principal en le déformant : c'est la réaction magnétique d'induit.
• ( Il en est de même si le champ magnétique est créé par un enroulement triphasé
au stator )
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  • 1. Les Champs Tournants • Approches expérimentales • Descriptif des machines • Champ créé par le rotor : cas de l’alternateur • Champ créé par le stator: cas du moteur • Applications
  • 2. Approches expérimentales Sa rotation est dite synchrone Cette rotation s'explique par la rotation du champ magnétique créé par l'aimant. • Une boussole est attirée par un • L'aiguille aimantée tourne à la même vitesse que l'aimant. On souhaite créer une source de champ magnétique tournante qui permettrait la mise en rotation de l’aiguille. Pour cela on connaît une autre source de champ magnétique: aimant
  • 3. • Une bobine peut attirer une boussole
  • 4. • Une bobine parcourue par du courant crée un champ dans l’axe de la bobine
  • 5. • Une bobine parcourue par du courant alternatif crée un champ alternatif
  • 6. • Si deux bobines créent un champ magnétique alors les champs s’additionnent vectoriellement.
  • 7. • Si trois bobines créent des champs magnétiques • de même fréquence f • déphasés de 120° • La somme de ces trois champs crée un champ tournant à la vitesse
  • 8. Descriptif commun aux différentes machines Armature externe : Stator Armature interne : Rotor Arbre du rotor Entrefer Encoche
  • 9. Champ créé par le rotor • Observons le champ magnétique créé par le rotor d’une machine si on se promène le long de l’entrefer • Le rotor est alimenté de telle manière que les courants passent ainsi O • Le rotor est alors bipolaire : il crée un pôle Nord et un pôle Sud N S • Le champ magnétique est radial et d’autant plus important que la ligne de champ entoure un nombre important de conducteurs B  • Le champ varie donc sinusoïdalement le long de l’entrefer sa période spatiale est 2 B   et ainsi de suite…
  • 10. •N •N •S •S •O • Si l’on augmente le nombre de paire de pôles (noté p): la période spatiale du champ magnétique est 2/p B   l'enroulement est multipolaire Si l’on place une bobine face à ce champ créé par le rotor tournant à n tr/s elle sera le siège d’une tension induite de même période que le champ: ainsi la fréquence de la tension induite est : f=pn e t
  • 11. Champ créé par le stator Le champ magnétique en un point M dépend : D'où l'expression : B(M,t) = Bo cost . cos i t •du temps puisque le courant est de la forme i = Imax cost •de la position du point M dans l'entrefer
  • 12. O y1 1 Champ créé par trois enroulements portés par le stator, parcourus par un système triphasé de courants 1 ˆ ( ) cos i t I t   2 2 ˆ ( ) cos( ) 3 i t I t     3 2 ˆ ( ) cos( ) 3 i t I t     l’axe de B coïncide avec l’axe d’une phase, chaque fois que l’intensité du courant est maximale dans cette phase  l’ordre des phases impose le sens de rotation de B, donc le sens de rotation de la machine. i1 t i2 i3 t t
  • 13. • Généralisation à une machine multipôlaire • Chaque enroulement comporte p bobines en série ( p paires de pôles ) disposées de manière à faire apparaître une succession de pôles N et S: • chaque phase alimente p bobines en série; • le décalage entre les axes de 2 bobines successives est (1/3)(2/p). • Par comparaison avec une machine bipôlaire, l’axe du champ magnétique tournant coïncide avec l’axe d’une bobine chaque fois que l’intensité est maximale dans la phase alimentant cette bobine. • L’angle entre les axes de 2 bobines successives étant p fois plus petit, la fréquence f est p fois plus grande • f = p n • Remarque importante : la réaction magnétique d'induit • Si le champ magnétique est créé par un enroulement au rotor, il crée des courants induits dans un enroulement du stator; mais ces courants induits créent à leur tour un champ magnétique secondaire qui se superpose au champ magnétique principal en le déformant : c'est la réaction magnétique d'induit. • ( Il en est de même si le champ magnétique est créé par un enroulement triphasé au stator )