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Dr. Mourad ZEGRARI
Département Génie Électrique
GEL-3001
MACHINES ÉLECTRIQUES
ÉLÉMENTS DE MACHINES
ÉLECTRIQUES
Automne 2021
Cycle Ingénieur
Génie Électrique
1
Chapitre
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
2
Plan
 Classification des machines électriques.
 Principes de la conversion électromécanique.
 Caractéristiques des machines électriques.
 Étude des entraînements électromécaniques.
 Champ tournant dans les machines électriques.
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
3
Plan
Classification des machines électriques
Principes de la conversion électromécanique
Caractéristiques des machines électriques
Étude des entraînements électromécaniques
Champ tournant dans les machines électriques
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
4
Conversion de l’Énergie Électrique
Électronique de
puissance
Relais
Transformateurs
Rotatifs
Linéaires
Conversion
Électronique
Conversion
Électromagnétique
Moteurs
Générateurs
Transducteurs
Conversion
Statique
Conversion
Dynamique
Machines
Électriques
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
5
Intérêt des machines électriques
 Rendement élevé.
 Absence de pollution.
 Souplesse et rapidité de réglage.
 Réversibilité de fonctionnement.
 Couple et puissance massique élevés.
 Maintenance réduite.
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
6
Classification des machines électriques
Aimants permanents
Rotor bobiné
Machines
Synchrones
Machines
Asynchrones
Machines à aimants
Machines à excitation
Machines spéciales
Machines à
Courant Alternatif
Machines à
Courant Continu
Machines
Électriques
Électro-aimants
Rotor à cage
Rotor massif
Séparée
Parallèle
Série
Composée
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
7
Classification des machines électriques
Machines à Courant Alternatif (MCA)
 Machines Synchrones : utilisées comme alternateurs (production de
l'énergie électrique) ou comme compensateurs de l'énergie réactive.
 Machines Asynchrones : de construction simple, ces moteurs sont
les plus utilisés en industrie, mais leur commande est complexe.
Machines à Courant Continu (MCC)
Elles offrent des performances remarquables avec des réglages
simples et efficaces. Cependant, leur coût élevé et leur maintenance
difficile limitent leur champ d'application.
Machines Spéciales (MSP)
Ces machines, de construction spéciale, sont essentiellement utilisées
en robotique et dans les procédés d'automatisation et de régulation.
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
8
Domaines d’application
Application Type de machines utilisées
Production de l'énergie
électrique
 Génératrices synchrones (jusqu'à 2000 MW)
 Compensateurs synchrones (300 MW)
Traction électrique
 Transport ferroviaire (locomotive 4 MW)
 Transport maritime (30 MW)
 Transport sur roues (engins de travaux)
Entraînements industriels
 Métallurgie (laminoirs)
 Industrie textile, chimique, papeterie
 Cimenteries (broyeurs)
 Pompes, compresseurs, ventilateurs
Machines outils
Mécatronique
 Système de positionnement, robotique
 Périphériques, horloges, photocopieurs, fax
 Aéronautique, Automobile
Instrumentation
 Transducteurs, tachymètres
 Micro-actionneurs intégrés
 Relais, électro-aimants
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
9
Plan
Classification des machines électriques
Principes de la conversion électromécanique
Caractéristiques des machines électriques
Étude des entraînements électromécaniques
Champ tournant dans les machines électriques
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
10
Principes de base
Une machine électrique est un convertisseur électromécanique qui
transforme l’énergie électrique en énergie mécanique et vice-versa.
 Fonctionnement Moteur : Conversion Électrique  Mécanique.
Exploitation de la force électrodynamique (Loi de Laplace).
 Fonctionnement Génératrice : Conversion Mécanique  Électrique.
Exploitation de la force électromotrice induite (Loi de Faraday).
Machine
Électrique
Énergie
Électrique
Énergie
Mécanique
Moteur
Génératrice
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
11
Éléments de la conversion électromécanique
Toute conversion électromécanique nécessite les éléments suivants :
 Une induction magnétique, créée par l’enroulement de l’inducteur.
 Un courant circulant dans les enroulements de l’induit : siège des
forces électromotrices induites.
Il existe deux façons de créer une force électromotrice induite :
 Inducteur fixe : champ d’induction est constant, les conducteurs de
l’enroulement induit sont mobiles (cas des machines CC).
 Inducteur mobile : champ d’induction est variable, les conducteurs
de l’enroulement induit sont fixes (cas des machines synchrones).
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
12
Éléments de la conversion électromécanique
La construction se réalise sur deux armatures cylindriques et coaxiales,
contenant deux types d’enroulements : inducteur et induit.
 L’armature mobile est appelée rotor : elle transmet ou reçoit une
puissance mécanique en présence d’un champ d’induction tournant.
 L’armature fixe est appelée stator : elle assure la fermeture des
lignes d’induction canalisées par l’armature d’induit.
Stator
Rotor
Entrefer
Arbre
Éléments de
Machines Électriques
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13
Éléments de la conversion électromécanique
Fonctions magnétiques
 Création d’un champ radial : assurée par le circuit inducteur.
 Canalisation du flux : assurée par le circuit magnétique, elle
comprend une partie fixe (stator) et une partie tournante (rotor).
Fonctions électriques
 Production de la force électromotrice dans le stator.
 Circulation des courants dans les enroulements de l’induit.
Fonctions mécaniques
 Support de guidage de la partie tournante : paliers.
 Protection des organes et des enroulements : carcasse.
 Refroidissement : ventilateur.
Éléments de
Machines Électriques
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14
Plan
Classification des machines électriques
Principes de la conversion électromécanique
Caractéristiques des machines électriques
Étude des entraînements électromécaniques
Champ tournant dans les machines électriques
Éléments de
Machines Électriques
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15
Caractéristique de coût
À puissance égale, on peut effecteur un classement par ordre de coût
décroissant :
1. Machine cc : complexité de fabrication à cause du collecteur.
2. Machine Synchrone : système d’excitation au rotor.
3. Machine Asynchrone : le rotor à cage simple à réaliser.
Ce classement s'explique par la technique de fabrication qui détermine
le coût de la production.
Comme le couple est proportionnel au volume, une machine de
puissance donnée est d'autant plus petite et moins coûteuse que sa
vitesse de rotation est élevée.
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
16
Caractéristique de sortie
Elle représente les grandeurs de sortie qu’on désire exploiter :
 Mode Génératrice : grandeurs électriques (tension, courant).
 Mode Moteur : grandeurs mécaniques (couple, vitesse).
Génératrice Moteur
V : Tension aux bornes de la génératrice [V]  : Vitesse de rotation du moteur [rad/s]
I : Courant alimentant la charge [A] Tm : Couple moteur sur l'arbre [N.m]
P = (V.I)moy : Puissance électrique [W] P = Tm. : Puissance mécanique [W]
Éléments de
Machines Électriques
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17
Réversibilité
En convention récepteur, la machine reçoit la puissance si : P = T. > 0
 Moteur : quadrants Q1 et Q3
 Génératrice : quadrants Q2 et Q4
Couple (T)
Vitesse ( )
F
F
F
F
1
2
1
2
Q4
Q3
Q1
Q2
Machine
Sens : Droite
Montée : Accélération
Moteur
Sens : Gauche
Descente : Freinage
Génératrice
Sens : Droite
Montée : Freinage
Génératrice
Sens : Gauche
Descente : Accélération
Moteur
Éléments de
Machines Électriques
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18
Bilan énergétique et Rendement
L’écoulement des puissances dans une machine électrique est :
Le rendement de la machine s’écrit :
 =
Pu
Pa
=
Pu
Pu + pertes
=
Pu
Pu + pcu + pfer + pméc
Puissance
fournie
(absorbée)
Puissance
exploitée
(utilisée)
Puissance
perdue (pertes)
Machine
Électrique
Éléments de
Machines Électriques
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19
Plan
Classification des machines électriques
Principes de la conversion électromécanique
Caractéristiques des machines électriques
Étude des entraînements électromécaniques
Champ tournant dans les machines électriques
Éléments de
Machines Électriques
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20
Équation fondamentale de l’entraînement
Le moteur exerce un couple moteur Tm sur l’arbre.
La charge exerce sur le même arbre un couple résistant Tr.
L’entraînement suit la relation fondamentale :
Moteur
d’entraînement
Couple
Moteur Tm
Couple
Résistant Tr
Vitesse de
Rotation 
Charge
entraînée
Si : Tm = Tr  = Cte Entraînement
en équilibre
Tm − Tr = J
d
dt
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
21
Moteurs d’entraînement
Moteurs CA
Moteurs CC
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
22
Charges entraînées
Forme
généralisée :
Tr = kr n
Éléments de
Machines Électriques
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23
Stabilité d’un entraînement
Nous distinguons deux cas d’entraînements électromécaniques :
 ks > 0 : point d'équilibre stable.
 ks < 0 : point d'équilibre instable.
 ks = 0 : point d'équilibre astable.
ks =
d Tr  − Tm 
d =eq
Équilibre stable. Équilibre instable.
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
24
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Classification des machines électriques
Principes de la conversion électromécanique
Caractéristiques des machines électriques
Étude des entraînements électromécaniques
Champ tournant dans les machines électriques
Éléments de
Machines Électriques
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25
Force magnétomotrice
Les courants électriques sont une source de champ magnétique :
Ce phénomène est formalisé par le théorème d’Ampère :
N
S F
N
S
F
H
F
I
F = nI =
(C)
H ∙ dℓ
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
26
F.m.m. d’une phase : cas d’une bobine
La force magnétomotrice s’écrit :
F  = ±
nI
2
 F.m.m. résultante périodique.
 Harmoniques de fréquences élevées (pertes magnétiques).
 Production d’une f.é.m. non sinusoïdale.
I
F()

+ (nI/2)
+ (/2)
- (nI/2)
- (/2)
On considère une bobine de n
spires, parcourue par un courant
électrique d’intensité I.
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
27
F.m.m. d’une phase : cas de sous-bobines
On divise la bobine en plusieurs sous-bobines :
Effets des encoches :
 La courbe F() est plus proche de la sinusoïde.
 La valeur efficace de la f.m.m. est réduite : Coefficient de bobinage.
F()

(nI/2)
2
(nI/6)
0
F.m.m. initiale
à 2 encoches
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
28
Bobinage d’une machine tournante
Le bobinage de stator d’une machine électrique tournante est réalisé
de la manière suivante :
Encoches du stator
Section de bobine
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
29
Production du champ tournant
La production des f.m.m. tournantes peut être réalisée par :
 Des aimants permanents en mouvement.
 Des électroaimants, constitués par des enroulements parcourus par
un courant continu, et entraînés en mouvement.
 Un bobinage polyphasé alimenté par un système polyphasé de
courants alternatifs de même pulsation.
Le couple électromagnétique qui s'exerce entre le stator et le rotor
est dû à l'interaction de leurs forces magnétomotrices.
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
30
Procédé dynamique
Nous entraînons en rotation un aimant ou un électroaimant.
L’énergie fournie au système est mécanique.
Inducteurs à électro-aimant :
Électroaimant à
pôles lisses


Aimant en
fer à cheval
Aimant
permanent

Électroaimant à
pôles saillants

S S
N
N
Inducteur à pôles saillants
S2
N1
S1
N2
Inducteur à pôles lisses
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
31
Procédé statique
Ce procédé emploi des bobines fixes réparties d’une façon régulière
dans l’espace et alimentés par un système polyphasé.
L'énergie fournie au système est électrique.
Système de courants :
iA t = I 2 cos t
iB t = I 2 cos t −
2
3
iC t = I 2 cos t −
4
3
θ
iA
A
B
C
iB
iC
M
(A)
(B)
(C)
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
32
Théorème de Ferraris
En un point M, décalé de  par rapport à l’enroulement (a), ces courants
triphasés créent des f.m.m. triphasés :
FA t = nI 2 cos t cos 
FB t = nI 2 cos t −
2
3
cos
2
3
− 
FC t = nI 2 cos t −
4
3
cos
4
3
− 
La f.m.m. résultante est telle que :
FM t = FA t + FB t + FC t =
3
2
nI 2 cos t − 
Nous créons une f.m.m. tournante d'amplitude constante
et qui tourne à une vitesse angulaire .
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
33
p = 2
La vitesse de rotation ns du
champ tournant est :
Vitesse du champ
tournant en (tr/s)
Fréquence des
courants au stator (Hz)
Vitesse du champ tournant
ns =
1
2Ts
=
fs
2
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
34
p (quelconque)
La vitesse de rotation ns du
champ tournant est :
Vitesse du champ tournant
ns =
fs
p
Vitesse du champ
tournant en (tr/s)
Fréquence des
courants au stator (Hz)
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
Vitesse de synchronisme
La machine synchrone est caractérisée par sa vitesse constante :
s = 2 ns : Vitesse de rotation synchrone (rad/s)
s = 2 fs : Pulsation des courants induits (rad/s)
p : Nombre de paires de pôles.
La vitesse du rotor est souvent indiquée en tr/min :
: Vitesse de synchronisme.
Ns(tr/min) = 60 × ns(tr/s) =
60 × fs
p
s =
s
p
36
Éléments de
Machines Électriques
© M. ZEGRARI
36
Aspects du champ tournant
Nous produisons un champ tournant à la vitesse s :
 L’aiguille aimantée tourne à la même vitesse :  = s
Le mouvements est Synchrone.
 Le disque métallique tourne à une vitesse inférieure :  < s
Le mouvement est dit Asynchrone.
On définit le glissement :
s

Aiguille aimantée Disque métallique
g =
s − 
s
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r
s

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  • 1. Dr. Mourad ZEGRARI Département Génie Électrique GEL-3001 MACHINES ÉLECTRIQUES ÉLÉMENTS DE MACHINES ÉLECTRIQUES Automne 2021 Cycle Ingénieur Génie Électrique 1 Chapitre
  • 2. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 2 Plan  Classification des machines électriques.  Principes de la conversion électromécanique.  Caractéristiques des machines électriques.  Étude des entraînements électromécaniques.  Champ tournant dans les machines électriques.
  • 3. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 3 Plan Classification des machines électriques Principes de la conversion électromécanique Caractéristiques des machines électriques Étude des entraînements électromécaniques Champ tournant dans les machines électriques
  • 4. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 4 Conversion de l’Énergie Électrique Électronique de puissance Relais Transformateurs Rotatifs Linéaires Conversion Électronique Conversion Électromagnétique Moteurs Générateurs Transducteurs Conversion Statique Conversion Dynamique Machines Électriques
  • 5. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 5 Intérêt des machines électriques  Rendement élevé.  Absence de pollution.  Souplesse et rapidité de réglage.  Réversibilité de fonctionnement.  Couple et puissance massique élevés.  Maintenance réduite.
  • 6. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 6 Classification des machines électriques Aimants permanents Rotor bobiné Machines Synchrones Machines Asynchrones Machines à aimants Machines à excitation Machines spéciales Machines à Courant Alternatif Machines à Courant Continu Machines Électriques Électro-aimants Rotor à cage Rotor massif Séparée Parallèle Série Composée
  • 7. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 7 Classification des machines électriques Machines à Courant Alternatif (MCA)  Machines Synchrones : utilisées comme alternateurs (production de l'énergie électrique) ou comme compensateurs de l'énergie réactive.  Machines Asynchrones : de construction simple, ces moteurs sont les plus utilisés en industrie, mais leur commande est complexe. Machines à Courant Continu (MCC) Elles offrent des performances remarquables avec des réglages simples et efficaces. Cependant, leur coût élevé et leur maintenance difficile limitent leur champ d'application. Machines Spéciales (MSP) Ces machines, de construction spéciale, sont essentiellement utilisées en robotique et dans les procédés d'automatisation et de régulation.
  • 8. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 8 Domaines d’application Application Type de machines utilisées Production de l'énergie électrique  Génératrices synchrones (jusqu'à 2000 MW)  Compensateurs synchrones (300 MW) Traction électrique  Transport ferroviaire (locomotive 4 MW)  Transport maritime (30 MW)  Transport sur roues (engins de travaux) Entraînements industriels  Métallurgie (laminoirs)  Industrie textile, chimique, papeterie  Cimenteries (broyeurs)  Pompes, compresseurs, ventilateurs Machines outils Mécatronique  Système de positionnement, robotique  Périphériques, horloges, photocopieurs, fax  Aéronautique, Automobile Instrumentation  Transducteurs, tachymètres  Micro-actionneurs intégrés  Relais, électro-aimants
  • 9. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 9 Plan Classification des machines électriques Principes de la conversion électromécanique Caractéristiques des machines électriques Étude des entraînements électromécaniques Champ tournant dans les machines électriques
  • 10. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 10 Principes de base Une machine électrique est un convertisseur électromécanique qui transforme l’énergie électrique en énergie mécanique et vice-versa.  Fonctionnement Moteur : Conversion Électrique  Mécanique. Exploitation de la force électrodynamique (Loi de Laplace).  Fonctionnement Génératrice : Conversion Mécanique  Électrique. Exploitation de la force électromotrice induite (Loi de Faraday). Machine Électrique Énergie Électrique Énergie Mécanique Moteur Génératrice
  • 11. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 11 Éléments de la conversion électromécanique Toute conversion électromécanique nécessite les éléments suivants :  Une induction magnétique, créée par l’enroulement de l’inducteur.  Un courant circulant dans les enroulements de l’induit : siège des forces électromotrices induites. Il existe deux façons de créer une force électromotrice induite :  Inducteur fixe : champ d’induction est constant, les conducteurs de l’enroulement induit sont mobiles (cas des machines CC).  Inducteur mobile : champ d’induction est variable, les conducteurs de l’enroulement induit sont fixes (cas des machines synchrones).
  • 12. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 12 Éléments de la conversion électromécanique La construction se réalise sur deux armatures cylindriques et coaxiales, contenant deux types d’enroulements : inducteur et induit.  L’armature mobile est appelée rotor : elle transmet ou reçoit une puissance mécanique en présence d’un champ d’induction tournant.  L’armature fixe est appelée stator : elle assure la fermeture des lignes d’induction canalisées par l’armature d’induit. Stator Rotor Entrefer Arbre
  • 13. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 13 Éléments de la conversion électromécanique Fonctions magnétiques  Création d’un champ radial : assurée par le circuit inducteur.  Canalisation du flux : assurée par le circuit magnétique, elle comprend une partie fixe (stator) et une partie tournante (rotor). Fonctions électriques  Production de la force électromotrice dans le stator.  Circulation des courants dans les enroulements de l’induit. Fonctions mécaniques  Support de guidage de la partie tournante : paliers.  Protection des organes et des enroulements : carcasse.  Refroidissement : ventilateur.
  • 14. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 14 Plan Classification des machines électriques Principes de la conversion électromécanique Caractéristiques des machines électriques Étude des entraînements électromécaniques Champ tournant dans les machines électriques
  • 15. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 15 Caractéristique de coût À puissance égale, on peut effecteur un classement par ordre de coût décroissant : 1. Machine cc : complexité de fabrication à cause du collecteur. 2. Machine Synchrone : système d’excitation au rotor. 3. Machine Asynchrone : le rotor à cage simple à réaliser. Ce classement s'explique par la technique de fabrication qui détermine le coût de la production. Comme le couple est proportionnel au volume, une machine de puissance donnée est d'autant plus petite et moins coûteuse que sa vitesse de rotation est élevée.
  • 16. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 16 Caractéristique de sortie Elle représente les grandeurs de sortie qu’on désire exploiter :  Mode Génératrice : grandeurs électriques (tension, courant).  Mode Moteur : grandeurs mécaniques (couple, vitesse). Génératrice Moteur V : Tension aux bornes de la génératrice [V]  : Vitesse de rotation du moteur [rad/s] I : Courant alimentant la charge [A] Tm : Couple moteur sur l'arbre [N.m] P = (V.I)moy : Puissance électrique [W] P = Tm. : Puissance mécanique [W]
  • 17. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 17 Réversibilité En convention récepteur, la machine reçoit la puissance si : P = T. > 0  Moteur : quadrants Q1 et Q3  Génératrice : quadrants Q2 et Q4 Couple (T) Vitesse ( ) F F F F 1 2 1 2 Q4 Q3 Q1 Q2 Machine Sens : Droite Montée : Accélération Moteur Sens : Gauche Descente : Freinage Génératrice Sens : Droite Montée : Freinage Génératrice Sens : Gauche Descente : Accélération Moteur
  • 18. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 18 Bilan énergétique et Rendement L’écoulement des puissances dans une machine électrique est : Le rendement de la machine s’écrit :  = Pu Pa = Pu Pu + pertes = Pu Pu + pcu + pfer + pméc Puissance fournie (absorbée) Puissance exploitée (utilisée) Puissance perdue (pertes) Machine Électrique
  • 19. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 19 Plan Classification des machines électriques Principes de la conversion électromécanique Caractéristiques des machines électriques Étude des entraînements électromécaniques Champ tournant dans les machines électriques
  • 20. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 20 Équation fondamentale de l’entraînement Le moteur exerce un couple moteur Tm sur l’arbre. La charge exerce sur le même arbre un couple résistant Tr. L’entraînement suit la relation fondamentale : Moteur d’entraînement Couple Moteur Tm Couple Résistant Tr Vitesse de Rotation  Charge entraînée Si : Tm = Tr  = Cte Entraînement en équilibre Tm − Tr = J d dt
  • 21. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 21 Moteurs d’entraînement Moteurs CA Moteurs CC
  • 22. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 22 Charges entraînées Forme généralisée : Tr = kr n
  • 23. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 23 Stabilité d’un entraînement Nous distinguons deux cas d’entraînements électromécaniques :  ks > 0 : point d'équilibre stable.  ks < 0 : point d'équilibre instable.  ks = 0 : point d'équilibre astable. ks = d Tr  − Tm  d =eq Équilibre stable. Équilibre instable.
  • 24. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 24 Plan Classification des machines électriques Principes de la conversion électromécanique Caractéristiques des machines électriques Étude des entraînements électromécaniques Champ tournant dans les machines électriques
  • 25. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 25 Force magnétomotrice Les courants électriques sont une source de champ magnétique : Ce phénomène est formalisé par le théorème d’Ampère : N S F N S F H F I F = nI = (C) H ∙ dℓ
  • 26. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 26 F.m.m. d’une phase : cas d’une bobine La force magnétomotrice s’écrit : F  = ± nI 2  F.m.m. résultante périodique.  Harmoniques de fréquences élevées (pertes magnétiques).  Production d’une f.é.m. non sinusoïdale. I F()  + (nI/2) + (/2) - (nI/2) - (/2) On considère une bobine de n spires, parcourue par un courant électrique d’intensité I.
  • 27. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 27 F.m.m. d’une phase : cas de sous-bobines On divise la bobine en plusieurs sous-bobines : Effets des encoches :  La courbe F() est plus proche de la sinusoïde.  La valeur efficace de la f.m.m. est réduite : Coefficient de bobinage. F()  (nI/2) 2 (nI/6) 0 F.m.m. initiale à 2 encoches
  • 28. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 28 Bobinage d’une machine tournante Le bobinage de stator d’une machine électrique tournante est réalisé de la manière suivante : Encoches du stator Section de bobine
  • 29. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 29 Production du champ tournant La production des f.m.m. tournantes peut être réalisée par :  Des aimants permanents en mouvement.  Des électroaimants, constitués par des enroulements parcourus par un courant continu, et entraînés en mouvement.  Un bobinage polyphasé alimenté par un système polyphasé de courants alternatifs de même pulsation. Le couple électromagnétique qui s'exerce entre le stator et le rotor est dû à l'interaction de leurs forces magnétomotrices.
  • 30. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 30 Procédé dynamique Nous entraînons en rotation un aimant ou un électroaimant. L’énergie fournie au système est mécanique. Inducteurs à électro-aimant : Électroaimant à pôles lisses   Aimant en fer à cheval Aimant permanent  Électroaimant à pôles saillants  S S N N Inducteur à pôles saillants S2 N1 S1 N2 Inducteur à pôles lisses
  • 31. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 31 Procédé statique Ce procédé emploi des bobines fixes réparties d’une façon régulière dans l’espace et alimentés par un système polyphasé. L'énergie fournie au système est électrique. Système de courants : iA t = I 2 cos t iB t = I 2 cos t − 2 3 iC t = I 2 cos t − 4 3 θ iA A B C iB iC M (A) (B) (C)
  • 32. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 32 Théorème de Ferraris En un point M, décalé de  par rapport à l’enroulement (a), ces courants triphasés créent des f.m.m. triphasés : FA t = nI 2 cos t cos  FB t = nI 2 cos t − 2 3 cos 2 3 −  FC t = nI 2 cos t − 4 3 cos 4 3 −  La f.m.m. résultante est telle que : FM t = FA t + FB t + FC t = 3 2 nI 2 cos t −  Nous créons une f.m.m. tournante d'amplitude constante et qui tourne à une vitesse angulaire .
  • 33. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 33 p = 2 La vitesse de rotation ns du champ tournant est : Vitesse du champ tournant en (tr/s) Fréquence des courants au stator (Hz) Vitesse du champ tournant ns = 1 2Ts = fs 2
  • 34. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 34 p (quelconque) La vitesse de rotation ns du champ tournant est : Vitesse du champ tournant ns = fs p Vitesse du champ tournant en (tr/s) Fréquence des courants au stator (Hz)
  • 35. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI Vitesse de synchronisme La machine synchrone est caractérisée par sa vitesse constante : s = 2 ns : Vitesse de rotation synchrone (rad/s) s = 2 fs : Pulsation des courants induits (rad/s) p : Nombre de paires de pôles. La vitesse du rotor est souvent indiquée en tr/min : : Vitesse de synchronisme. Ns(tr/min) = 60 × ns(tr/s) = 60 × fs p s = s p 36
  • 36. Éléments de Machines Électriques © M. ZEGRARI 36 Aspects du champ tournant Nous produisons un champ tournant à la vitesse s :  L’aiguille aimantée tourne à la même vitesse :  = s Le mouvements est Synchrone.  Le disque métallique tourne à une vitesse inférieure :  < s Le mouvement est dit Asynchrone. On définit le glissement : s  Aiguille aimantée Disque métallique g = s −  s = r s