les machines électriques tournantes

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1 introduction
2 les lois de l'électromagnétisme
3 Description d'une machine électrique tournante
4 le parc de moteur de machines électrique 
5 moteurs électriques contre moteurs thermiques

introduction

une machine électrique tournante est un dispositif électromécanique permettant la
conversion d'énergie électrique en énergie mécanque , ainsi que la conversion d'énergie
mécanique en énegie électrique.Les machines électrique sont dites réversibles:c'est à dire
qu'elle peut fonctionner soit en moteur soit en génératrice.

Nous vermonts dans ce cours trois machines tournantes utilisant des technologies différentes et qui sont les suivantes:

• la machine à courant continu, en fonctionnement moteur et génératique ;
• les machines triphasées :
• le moteur asynchrone triphasé ;
• l'alternateur synchrone.

2 les lois de l'électromagnétisme

une machine éléctrique tournante fonctionne grâce aux phénomènes d'induction
électromagnétique selon les lois de:

• Ampère
• laplace
• Faraday
• lanz

2.1 la lot d'ampère 

un courant qui parcourt un conducteur crée en tout point de l'espace un champ d'induction

magnétique : c"est la loi d'ampère .Le courant et le champ auquel il donne naissance sont de
méme nature.

=>On peut crée un champ magnétique avec du courant électrique.

2.2 la loi de la place 

tout circuit arcourt par un courant et plongé dans un champ magnétique subit une force

mécanique:la force de la place.

=>On peut déplacer des circuits électriques à l'aide du champ magnétique.

2.3 la loi Faraday

La force électromotrice (f.e.m) induite dans un circuit sous l'effet d'un champ

magnétique est proportionnelle à la variation du flux magnétique.
mathématiquement, la loi de Faraday relie la force électromotrice e au flux magnétique ϕ à travers
la relation:

e=-dϕ/dt

où e est donnée en volts (V)est ϕ en webers (Wb)

Si le circuit où la force électromotrice est crée est un circuit fermé, alors un courant électrique s'établit et circule.

=>On peut induire une puissance électrique à l'aide d'un champ magnétique variable.

2.4 la loi de lenz 

la loi de lenz traduit la conversation de lénergie dans un processus d'induction
électromagnétique. Elle s'énonce ainsi : << le sens du courant induit est tel que, par ses effets
électromagnétiques, il s'oppose toujours à la cause qui lui a donné naissance >>.

=> Dans la pratique la loi de lenz nous permet de fixer le sens postif des grandeurs
induites.

3 Description d'une machine électrique tournante

nous allons maintenant décrire une machine électrique tournante, d'abord d'un point de vue
mécanique, puis d'un point de vue électrique.

3.1 point de vue mécanique 

d'un point de vue mécanique , les machines électrique sont constituées d'un rotor et d'un stator,
comme indiqué sur la figure1.

• le stator est la partie fixe de la machine, il est suffisamment massif pour ne pas être mis en
  mouvment par l'action de la partie mobile.
• le rotor est la partie de la machine qui entre en mouvement de rotation. Il est situé à l'intérieur
  du stator et est lié à l'arbre de transmission.
• L'espace situé entre le rotor et e stator est appelé l' entrefer .

Fig.1. schéma de compostion d'une machine électrique

3.2 Point de vue électrique

le rotor et le stator, pour pouvoir créer le mouvement de rotation ou bien l'énergie électrique
selon le sens de la converstion énergétique, portent des bobinages électrique.D'un point de vue
électrique, les machines tournantes sont donc constituées d'un circuit inducteur et d'un circuit induit.

• Le circuit inducteur a pour but de créer le champ magnétique inducteur, qui permettra le
  transfert de l'énergie électrique entre le stator et le rotor (et inversement);
• le circuit induit est le siége de l'induction électromagnétique, c'est lui qui est soumis au
  champ inducteur et dans lequel les phénomènes physiques s'expriment pour créer les
  nouvelles grandeurs (appartion d'un couple mécanique dans le cas d'un moteur ou d'une
  force électromotrice dans le cas d'une génératrice).

4 Le parc de machines électriques : Exemple du domaine de la traction

Intéressons-nous au domaine des fortes puissances : dans le domaines de la traction par
exemple 'trains, tramways, métros, etc.), on utilise trois grands types e machines électriques :

• la machine à courant contnu ;
• la machine asynchrono.
• la machine synchrono

Chacune d'entre elles a des avantages et des inconvénints, mais ce sont essntiellement les
notions de coût et de diffculté de la commandequi s'affrontent. En effet, dans le domaine des
moteurs, les machines les plus faciles à fabriquer et à entretenir sont aussi ls plus diffciles à
contrôler : une illustration de ce fait est donnée sur la figure 2.



Fig.2. Cout de fabrication et d'entretion et difficulté
de la commande des moteurs électriques

5 Moteurs électriques contre moteurs thermiques

Faisons à présent une comparaison entre les moteurs électriques et les moteurs thermiques.

5.1 Le choix d'un moteur

le choix d'un moteur dépend directement de son utlisation . On peut dans ce cadre opposer
deux situations : celle d'une utilisation sédentaire, c'est à dire dans le cas d'une machine immobile,
à celle d'une utlisation embarquée, par exmeple dans le cas d'une autombile.
pour une utlisation sédentaire ,l'électricite équipe de nos jours tous les bâtiments quand
l'utilisation d'un moteur thermique nécessite un ravitaillement régulier en carbuant fossile. Le choix
du moteur électrique dans ce cas est alors évident.
pour une utilisation embarquée , le principal problème qui se pose est celui du stockage
de l'énergie. Or , nous le verrons plus loin, un volume donné de carburant fossile contient énormément
plus d'énergie qu'un accumulateur électrique de même volume. Qui plus est, il est plus simple et
plus rapide de remplir un réservoir de carburant que de recharger une batterie Pour toutes ces
raisons évidentes, les automobiles et le transport routier fontappel aux moteurs thermiques

5.2 grandeurs physiques et propriétés

5.2.1 Le rendement du moteur – avantage à l’électrique
Toute technologie confondue, le rendement des moteurs électriques utilisés dans la traction
dépasse les 90 %. Ce chiffre est à comparer à des rendements inférieurs à 30 % pour les meilleurs
moteurs essence et à 50 % pour les meilleurs moteurs diesel.
5.2.2 La densité d’énergie – avantage au thermique
La densité d’énergie du gasoil est d’environ 36 000 kJ/L c’est à dire de 10 kWh/L. C’est une valeur
extrêmement importante, et c’est là toute la force du moteur à explosion. Pour s’en convaincre, il suffit de
se dire qu’une énergie de 10 kWh est suffisante pour faire fonctionner un lave-linge pendant trois heures,
un ordinateur fixe pendant une journée, une ampoule classique pendant une semaine ou bien une ampoule
économique pendant un mois.
En ce qui concerne les batteries, en revanche, les meilleurs modèles actuellement produits sont
capables de stocker jusqu’à 1 kWh/L maximum, mais c’est plutôt la grandeur caractéristique de 0,1
kWh/L qu’il faut retenir. On comprend aisément que pour des applications dites à énergie embarquée, le
carburant fossile est plus adapté car il permet de stocker plus d’énergie dans un espace donné. Ainsi, on
peut faire plusieurs centaines de kilomètres en voiture avec un réservoir d’une cinquantaine de litres.
Dans le cas d’un véhicule tout électrique, le stockage est réalisé dans des batteries, ce qui pose le problème
de l’encombrement, de l’autonomie et de la recharge.
5.2.3 Le couple moteur – avantage à l’électrique
Typiquement, les motrices essences et diesels qui équipent les berlines actuellement sur le
marché ont des couples nominaux autour de 100 Nm. Un moteur électrique de puissance comparable est
capable de déployer un couple nominal de 400 Nm. Qui plus est, un moteur électrique synchrone ou à
courant continu peut déployer son couple maximal pour de faibles vitesses de rotation, voire à vitesse nulle,
ce qui n’est absolument pas le cas des moteurs thermiques qui déploient leurs couples nominaux non-loin de
leurs vitesses maximales. Dans le cas des véhicules hybrides, le moteur électrique est dans son rôle lors du
démarrage, ou lorsque la conduite demande un apport important de couple moteur (reprise).
5.2.4 La réversibilité – avantage à l’électrique
La réversibilité est la grande force de la machine électrique : le moteur électrique, lorsqu’il ne
travaille pas (lors d’un ralentissement du véhicule, dans une descente, etc.) peut basculer en mode
génératrice. Il transforme alors le mouvement en énergie électrique, permettant de recharger les batteries
tout en freinant le véhicule. Dans les véhicules électriques, c’est ce que l’on appelle le freinage par
récupération. C’est exactement comme si un moteur thermique produisait du carburant dans une
descente !
5.2.5 Le prix de l’énergie – avantage à l’électrique
Plus que jamais, le prix de l’énergie fossile est élevé, le litre d’essence avoisinant les 1,370 dinars. En
supposant le rendement de conversion égal à 100 %, cela met le prix du kWh fossile à 137millimes. Le
kWh électrique est, pour sa part, de 133 millimes (Pour une consommation > 51 kWh). À ces chiffres, il
faut ajouter la différence de rendement entre les machines électriques et les moteurs thermiques, ce qui
rend l’énergie électrique encore meilleur marché que l’énergie fossile.

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