Le document traite des machines électriques tournantes, en détaillant les principes de fonctionnement basés sur les lois de l'électromagnétisme, les champs tournants, et les types de machines comme les machines synchrones et asynchrones. Il aborde également des concepts tels que la génération d'un champ magnétique, l'induction électromagnétique, et des expériences démontrant le comportement des champs magnétiques en rotation. Enfin, il explique le fonctionnement des machines adaptées au courant continu et alternatif, ainsi que le principe de la vitesse de synchronisme.

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
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• 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