Actionneurs Electriques

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1 Plan Actionneus éluctants Actionneus électodynamiques Actionneus électomagnétique Actionneus hybides ou éluctants polaisés Actionneus classiques 1

2 Actionneus éluctants ou machine à éluctance vaiable Pas d aimant pemanent et pas de teme de couple du à l inteaction ente une patie fixe et une patie mobile Exemple : électoaimant Il se pésente sous de nombeuses fomes mais compote toujous une patie fixe appelée noyau et une patie mobile appelée amatue. Le noyau peut pende la fome d'un U, d'un E ou d'un cylinde et l'amatue peut ête plate, plongeante ou tounante θ bobine bobine b) à amatue tounante. a) à noyau en U, amatue à clapet pivotant. 2

3 Des moteus utilisent aussi le pincipe de la éluctance vaiable : moteu oscillant (type asoi électique) et moteu pas à pas. Pou ce denie l'alimentation séquentielle des phases dans l'ode A.B.C coespond à un sens de otation anti-hoaie et dans l'ode A.C.B à un sens de otation hoaie. Le passage de l'alimentation de la phase A à celle de la phase B povoque une otation élémentaie d'un douzième de tou du oto appelé : pas élémentaie. Moteu oscillant Moteu pas à pas 3

4 Equation électique dψ u= i+ = i + L di + i dl dt dt dθ dθ dt (2.1) Le teme L di est appelé f.c.e.m. de tansfomation inductive et le teme idl dθ i dl m dt dθ dt = dθ ω est appelé f.c.e.m. de mouvement ou de défomation de la patie mobile du cicuit magnétique. Equation mécanique J d ω dt m + k ω + T + T = T (2.2) d m f l e où k d est le coefficient de fottement visqueux, T f le couple de fottement sec T l le couple utile ésistant et T e le couple électomagnétique. T e = 1 2 i 2 dl dθ (2.3) 4

5 Pas de couple da maintien (en l absence de couant) L'expession du couple, si dl dθ est constant, devient T = e ki 2 => Difficulté de églage dl Pa ailleus le couple T e est élevé à couant donné, si est élevé. dθ l O L est de la fome 2 dl µ, et donc dθ sea élevé si d µ dθ l'est. Ceci s'obtient pa une fote vaiation de flux et donc pa passage de la zone linéaie à la zone satuée du cicuit magnétique. De plus ce phénomène entaîne une gande f.c.e.m. de mouvement et donc demande une tension d'alimentation élevée d'autant plus que la vitesse du mouvement est gande. Leu endement est généalement faible ce qui fait qu'ils sont ésevés aux faibles puissances ou aux égimes non continus. Gande simplicité de conception et de éalisation ce qui fait qu'ils sont obustes et bon maché. 5

6 Remaques Dans ces cicuits, à couant constant, la foce d'attaction ou le couple de maintien, losque l'entefe est nul (gande peméance et fot flux) est tès supéieue à celle ou celui céé quand le déplacement est gand (gand entefe et flux faible). En Couant continu, pou obteni une même foce ou un couple égal, on diminue, le couant d'alimentation de la bobine en inséant en séie avec elle une ésistance, dite d'économie d'énegie En altenatif le couant est éduit spontanément pa l'accoissement de l'inductance avec le flux quand l'entefe s'annule. En alimentation altenative à la féquence f le couple en pésentent l'allue d'une sinusoïde edessée à la féquence 2f. Pou évite ces oscillations intempestives, on sépae le flux du cicuit magnétique en deux paties dont on déphase l'une pa appot à l'aute pa une bague, dite de Fage, en cout-cicuit autou d'une section patielle du cicuit magnétique au niveau de l'entefe. φ 1 φ 2 déphasé pa appot à φ 1 spie en cout-cicuit 6

7 Actionneus électodynamiques Ils sont caactéisés pa un aimant et un cicuit feomagnétique fixes, avec une ou plusieus bobines mobiles. Exemple : haut paleu Il compend un aimant pemanent de f.m.m. F a, une bobine mobile qui tansmet son mouvement à la membane du haut paleu et pemet donc la généation de sons pa vaiation de la pession de l'ai envionnant. 7

8 otations : indice des peméances a = aimant et b = bobine Les équations compennent ici les temes dus aux deux souces d'excitation. i la peméance mutuelle aimant-bobine est P ab, il vient : u i L di i dl b F dp ab dx = + b + +. a. (2.4) dt dt dx dt et la foce électomagnétique est donnée pa : f 1 dpab 1 dpaa F i dx dx F 2 1 dpbb 2 =. a. + a + ( i ). (2.5) dx P aa est indépendante de x. Pa constuction, on end P ab popotionnelle à x et la peméance de la bobine invaiante avec la position, en éalisant une induction unifome dans l'entefe de sote que la bobine ne subisse pas de vaiation de flux pope los de ses déplacements. => eul le pemie teme de f subsiste donc et la foce devient popotionnelle au couant, endant ainsi le système linéaie. 8

9 L'aimant et l'entefe endent le système linéaie magnétiquement avec un flux faible => la bobine une tès faible inductance et donc une tès faible constante de temps électique. a masse est également tès faible ce qui lui confèe une constante de temps mécanique tès faible => le système peut tavaille à des féquences électiques et mécaniques élevées et sevi acoustiquement avec une haute fidélité de epoduction. L'inconvénient majeu vient de la nécessité d'alimente une bobine mobile et pou un moteu d'avoi un ensemble bagues et balais. 9

10 Aute exemple : moteu cloche Utilisation : lecteu de bandes... Les conducteus sont eliés à un collecteu cylindique ou axial. La patie tounante en fome de cloche est montée en pote à faux. 10

11 cacasse oto Les aimants (peuvent ête montés su la intéieu ou l extéieu) Les aimants (peuvent ête montés su la intéieu ou l extéieu) aimant Il possède une tès faible inetie. cacasse a) à aimants intéieus aimant oto oyaux b) à aimants extéieus 11

12 Actionneus électomagnétique Ils sont caactéisés pa un cicuit feomagnétique et un bobinage fixes avec un aimant pemanent mobile. L aimant est tavesé pa la patie pincipale du flux cée pa la bobine Exemple : le moteu pas à pas monophasé Le couple ne compend ici que les deux temes dus à l'aimant mobile dont la pemanence dépend de la position, étant donné la longueu vaiable de l'entefe pa appot à la diection donnée du champ de l'aimant. dpab dpaa Te = 1 i Fa F. a 2 dθ 2 dθ un couple de maintien ( position d équilibe stable à flux max en l absence de couant) Entefe impotant =>constante de temps électique faible =>tavaille à féquence élevée Modélisation difficile 12

13 Q P stato PQ Q P stato PQ R P Q stato R stato PQ Rotation hoaie Rotation anti-hoaie Phases excitées Position du oto Phases excitées Position du oto P - R 1 Q - R 4 P - 2 Q - 3 Q - 3 P - 2 Q - R 4 P - R 1 + R Q P stato R stato PQ R R stato R + + stato R 13

14 Actionneus hybides ou éluctants polaisés Ils sont caactéisés pa un cicuit électique et un aimant fixes. La patie mobile est feomagnétique. On peut aussi avoi un aimant mobile entoué d une patie feomagnétique. L essentiel du flux cée pa la bobine se efeme dans le fe au taves de l entefe sans tavese l aimant. Ce sont des moteus à éluctance vaiable avec aimants pemanents Exemple : moteu oscillants, moteu couple, moteu elais polaisé => Aucun teme de couple n est négligeable : couples éluctants, couple du à l aimant seul et celui du à la bobine seule, couple mutuel d inteaction ente une phase et l aimant T e = 1 2 k k j= 1 p= 1 dp jp dθ F j F p Peméance Fmm aimant ou bobine =>Toutes les popiétés intinsèques sont possibles selon la conception. La combinaison des amplitudes, phases et péiodicités géométiques des dives temes de couple pemet de éalise des caactéistiques statiques et dynamiques diveses. 14

15 Le plus souvent, l'aimant est chagé de la distibution pincipale du flux et du couple pincipal, donc de founi l'énegie pincipale, et la bobine set à oiente cette distibution et impose la position c'est à die qu'elle est chagée de l'infomation. Compte tenu des faibles entefes la constante de temps électique de la bobine est élevée et ces systèmes sont sutout utilisés pou du positionnement. La satuation éventuelle du fe end la simulation assez difficile. Application : système oscillant de sonneie, seue électomagnétique... 15

16 Moteus oscillants avec aimant fixe ou mobile Aimant fixe tuctues cylindiques Aimant mobile 16

17 Moteu couple Pésentent un couple impotant avec une amplitude de mouvement inféieue à un tou. 17

18 Actionneus classiques Ils sont caactéisés pa un couple ésultant de l inteaction mutuelle de deux bobinages ou plus. Application : machine asynchone, synchone, à couant continu... Elles compennent toutes plusieus bobinages ou des bobinages et des aimants pemanents et un cicuit magnétique dont une patie peut ête mobile. 18

19 Fin du chapîte 19

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