Equipement Electrique

Transcription

1 Equipement Electique ITEEM 1 èe Année Equipement Electique, ITEEM 1 ee année, Buno FRANÇOIS 1 Intoduction 2

2 Le pogamme * Champ magnétique, flux, induction électomagnétique, chages électiques et foces * La machine à couant continu * Convetisseus de l électonique de puissance pou la vitesse vaiable * Étude d un système d entaînement Cous 6h TD 4H 1 TP Mise en gade Dans ce cous, il peut existe des notations difféentes pou une même vaiable 3 Déoulement du cous Vidéo show - Tanspaents du cous su feuille individuelle - Classeu (tanspaents, feuilles de notes, sujets et feuilles de TD) Pendant le cous - Ecoute attentive, Pende des notes, Encade ce qui est impotant - Pas de bavadages (même pou des soucis matéiels) - Pas de questions - Repée ce que vous n avez pas compis su l instant - 5 min avant la fin du cous, posez vos questions Ce soi - Relie le cous - Repée ce que vous n avez pas compis 4

3 Déoulement des TDs * Avant d aive, connaîte le cous et pépaez le pemie execice * Faie l execice donné Pendant ce temps, _ Inteoge le pofesseu su des points du cous non compis _ Si OK, faites l execice suivant * Bavadage toléé, mais Soyez discets! N oubliez jamais que des camaades tavaillent * Apès le TD, êtes vous capable de efaie pa vous même les execices? 5 Déoulement des TPs * 1 séance de 3h45 su la machine à couant continu * Pa binôme * Avant le TP, _ Lie une fois le sujet! _ Une pépaation théoique est à faie * Pendant le TP _ Invese vos tâches : Câblage/édaction du compte-endu * 1/4 d heue avant la fin du TP, elisez le compte-endu _ Fautes d othogaphe _ Les unités _ Nom de l enseignant, 6

4 22/04/ h00 10h00 Cous IE1_EQUI Equipement 1 FRANCOIS IE1 28/04/ h15 12h15 Cous IE1_EQUI Equipement 1 FRANCOIS IE1 14/05/ h00 10h00 Cous IE1_EQUI Equipement 1 FRANCOIS IE1 16/05/ h15 12h15 TD IE1_EQUI Equipement 1 FRANCOIS IE1-A 16/05/ h00 10h00 TD IE1_EQUI Equipement 1 FRANCOIS IE1-B 16/05/ h15 12h15 TD IE1_EQUI Equipement 1 FRANCOIS IE1-A 16/05/ h00 10h00 TD IE1_EQUI Equipement 1 FRANCOIS IE1-B 7

5 Champ magnétique, flux, induction électomagnétique Φ Β ε Cous d Electicité, Buno FRANÇOIS 1 L induction électomagnétique PLAN Champ magnétique Définition et calcul du flux L induction électomagnétique Loi de Faaday Loi de Lenz Applications 2

6 Souce natuelle de champ magnétique : l aimant Aimants pemanents : matéiaux magnétiques qui execent des foce ente eux et su le Fe, le Nickel,, le Cobalt et difféents allliages dits feomagnétiques. Un pôle Nod est toujous accompagné d un pôle Il n existe pas de monopôles magnétiques! 3 Définition d un vecteu champ magnétique B : _ Oientation du : du Nod ves le Sud à l extéieu de l aimant _ Module, valeu du champ en Tesla 4 Lignes de champ matéialisées pa de la limailles de Fe La tangente en un point à une ligne de champ donne la diection que pendait un second aimant placé en ce point

7 Souce natuelle de champ magnétique : la Tee Le pôle Nod d un aimant pointe ves le nod géogaphique qui est un pôle Sud magnétique 5 Champ magnétique poduit pa un fil Lignes de champ: cecles centés su le fil, de ayon 6

8 Champ magnétique poduit pa un fil Cas d un fil infini (intéieu et extéieu) Pa symétie, le champ magnétique n ayant pas de souces, les lignes de champ sont des cecles centés su le fil et B ne dépend que du ayon qui est l éloignement. Le vecteu excitation magnétique H : Il pemet d accéde à l expession de B et ne dépend que du cicuit électique. Dans le vide : B = µ 0H µ 0 = 4π10 7 Dans un matéiau (feomagnétique) : B = µ µ H 0 µ est la peméabilité magnétique du vide est la peméabilité elative du matéiau n est pas toujous une constante 7 Champ magnétique poduit pa un fil Cas d un fil infini (intéieu et extéieu)) Théoème d Ampèe : La ciculaton du vecteu excitation magnétique H le long d un contou femé est égale à la somme algébique des couants électiques qui tavesent la suface limitée pa le contou. H dl = ± i Contou k k Dépend du signe du couant i k Application : Calcul du champ magnétique poduit su le pacous défini pa le cecle de ayon centé su le fil. B I 8

9 Application : Calcul du champ magnétique poduit su le pacous défini pa le cecle de ayon centé su le fil. L intégale de la loi d Ampèe est simple : Contou Hdl = contou B µ µ 0 dl = B µ µ 0 (2π) Le couant entoué pa le pacous est = i - Théoème d Ampèe : H dl = ± i Contou k k 1 Donc Le champ magnétique est popotionnel au couant 9 Champ magnétique poduit pa une bobine Le champ d induction est poduit pa un électo-aimant fixe appelé inducteu, ou un aimant pemanent. Losqu un couant quelconque, d intensité i, pacout un cicuit placé dans l ai loin de toute masse de fe, il cée dans l espace envionnant un champ magnétique dont l intensité B est popotionnelle à i. B N N spies S Couant I Champ magnétique B 10

10 Définition et calcul du flux Définition du flux : Champ magnétique total tavesant une suface Φ Β Le champ magnétique peut avoi une diection quelconque dans l espace. On ne considèe que la composante othogonale à la suface ds, vecteu othogonal à la suface Le flux Φ Β se calcule en faisant la somme su la suface du cicuit du poduit suivant : (pojection de B su da) (élément d aie da) dφb = Bpojeté. ds = B. S.cos( θ ) Φ = B ds B dφb = Suface Suface pojeté da B pojeté B θ 11 Définition et calcul du flux Champ magnétique unifome othogonal à la suface o Φ Β = B cos (0) A 12

11 Définition et calcul du flux o Φ Β = B cos (angle) A > 0 13 Définition et calcul du flux o Φ Β = B cos (angle) A < 0 14

12 L induction électomagnétique L induction électomagnétique est la céation d une souce de tension dans un cicuit en utilisant un flux magnétique vaiable. (a) déplacement d un aimant (b) déplacement d une bobine 15 (c) vaiation de couant Loi de Faaday En cas de vaiation du flux magnétique à l intéieu de ce cicuit, il appaait une tension e L amplitude de la tension induite est égale à la vaiation du flux magnétique pa appot au temps : e Φ Β da Un chemin conducteu Convention pou attibue le signe à la fém : _ le pouce de la main doite indique la vaiation du champ magnétique _ l index la polaité positive de la f.e.m. B da e e + 16

13 Loi de Lenz L induction poduit des effets (fem E) qui Si la vaiation du flux magnétique est mécanique on dit que la tension est une foce conte électomotice (qui s oppose au déplacement) Loi de Faaday Loi de Lenz La vaiation tempoelle de flux ΦB induit Une F.E.M. e dont La polaité + - est telle qu'elle tend à faie cicule Un couant i induit céant Un flux Φ induit qui s'oppose à la cause qui lui a donné naissance 17 Exemples d induction due à un vaiation de flux coupé Le déplacement d un élément dans la champ magnétique poduit à ses bones une tension. Dans l élément qui se déplace, il y a une vaiation de flux Los de la otation de l aimant, le flux magnétique dépend de l angle. Cette vaiation de flux va induie une tension. 18

14 Execice Un champ magnétique unifome existe dans une moitié de l espace. On ente dans ce champ un conducteu ectangulaie à vitesse constante. Quelle est la valeu de la f.c.e.m.? B=0,1 T da x v=15 m/s ΦB = BdA = -Blx aie Application numéique : lageu: 03, m, vitesse: 15m/ s 19 Execice Un champ magnétique unifome existe dans une moitié de l espace. On ente dans ce champ un cicuit électique ectangulaie à vitesse constante. Quelle est le sens de la tension induite? B=0,1 T da x v=15 m/s Tout se passe comme si on avait une pile de 0,45 V banchée ainsi : 0,45V ε + + da 20

15 Execice B=0,1 T x da v=15 m/s Effet de la tension induite : La tension induite s oppose à la cause qui lui a donné naissance La tension induite cée un couant induit qui génèe un champ magnétique induit qui s oppose au champ magnétique oiginal I induit I induit B induit Convention généateu Règle du tie bouchon 21 B Execice Si le conducteu a une ésistance R = 9 Ω, le couant induit vaut : dans le sens antihoaie. Calcul de la puissance : 22

16 Applications de l induction Généateu altenatif (Ex : Centale hydaulique) L eau toune une oue qui toune un électo-aimant ce qui change le flux et induit une fém Micophone dynamique (Ex. : cetains téléphones) Le son cée des vaiations de pession qui font oscille le diaphagme et la bobine ce qui fait vaie le flux ce qui cée une fém vaiable qui «suit» le son 23 Applications de l induction Lectue d un uban magnétique, d un disque du de basse densité, d une cate de débit ou de cédit L infomation pend la fome d une aimantation vaiable d un matéiau magnétisable qui ecouve la suface du uban, du disque De minuscules bobines éagissent aux changements de flux quand la suface défile sous elles ou quand elles se déplacent su la suface. 24

17 Chages électiques et foces Expéience Il existe des foces qui agissent su les chages électiques (+/-) Coulomb Loentz La foce qui s exece su une chage: est popotionnelle à la chage q dépend de la position de la chage dépend de la vitesse de la chage 25 Actions magnétiques des chages électiques en mouvement 2.1 Foces d Ampèe Placées dans un champ magnétique, des chages électiques ne subissent aucune foce. Pa conte, les chages électiques en mouvement sont soumises à des foces magnétiques appelées foces d'ampèe. 26

18 Actions magnétiques des chages électiques en mouvement 2.1 Foces d Ampèe Si ces chages sont animées d une vitesse (le suppot de ce vecteu indiquant la diection des chages), alos cette foce s expime comme le poduit vectoiel suivant : F = q.v ( B) B étant un vecteu ayant la diection de la ligne d action du champ magnétique, unité le Tesla q est la chage électique élémentaie. Règle des tois doigts de la main doite Foce Champ magnétique Sens des électons 27 Actions magnétiques des chages électiques en mouvement 2.2 Loi de Laplace Si, maintenant, on considèe le couant poduit pa l ensemble de ces chages, alos, la loi de Laplace pemet de défini la foce ésultante. i.dl Un élément de couant (intensité i, de longueu dl), placé dans un champ magnétique d'induction B (oigine indépendante de i.dl), est soumis à l'action d'une foce (dite foce de Laplace) d'expession : 28

19 Règle des tois doigts de la main doite Foce Champ magnétique Couant 29 Actions magnétiques des chages électiques en mouvement 2.2 Loi de Laplace Champ magnétique B Couant I Longueu de fil L Angle θ Angle doit Foce F Losque i et B sont pependiculaies, la foce est pependiculaie. Cela est éalisé pa constuction dans les machines électiques

20 Actions magnétiques des chages électiques en mouvement 2.2 Loi de Laplace Dessinez la foce de Laplace. Longueu de fil L Couant I Angle θ Champ magnétique B 31 Actions magnétiques des chages électiques en mouvement 2.2 Loi de Laplace : Expéience i Le tavail vituel execé pa le couple (l'ensemble) des foces de Laplace (C) pou éalise un déplacement angulaie dx s'écit : dt = C.dx 32

21 Actions magnétiques des chages électiques en mouvement 2.2 Loi de Laplace : Applications le Haut paleu 33 I e 0, 45V = = = 0, A induit R 9Ω 05 Application à l execice pécédent B=0,1 T I F v=15 m/s 0,3 m L existence de ce couant dans le champ magnétique fait appaaîte une foce de Laplace F (de feinage, de valeu égale et opposée) : Pou mainteni le mouvement et le couant induit, un agent extéieu doit équilibe la foce F. Cet agent fait un tavail et founit une puissance P : La puissance est consevée! 34

22 Soit un aimant pemanent poduisant un champ d excitation Be et une spie pacouue pa un couant continu poduisant un champ Bi. Qu'obseve-t-on? Céation d un mouvement de otation Be N S S N Bi 35 Un effot d'attaction Be Bi N Mais le mouvement este limité à cette nouvelle position stable. S N S Conclusion: Il faut, malgé le mouvement poduit, mainteni le décalage des 2 champs pou enteteni un effot d attaction continu tounant et ainsi poduie une otation. 36

23 Céation d un mouvement otatif entetenu Un couple de foce est céé pa l inteaction de deux champs magnétiques On fait toune le champ d excitation Be. Pa attaction, le champ d induit Bi toune. Bi Si le champ d excitation Be est fixe, le champ d induit Bi doit change Be N S Be N S N S S N Bi Pincipe des machines à champ tounant pa couants altenatifs. Pincipe des machines à champ fixe pa couant continu et aiguillage de ce couant. 37 Foce su un cade de couant Un cade mobile autou d'un axe est placé dans un champ magnétique vetical unifome B et est pacouu pa un couant continu d'intensité I. Des foces de Laplace céent un couple qui povoque la otation du cade. F= i.l ( B) Α τ = B. I. L. Sin θ 38

24 Foce su un cade de couant Si, gâce à la vitesse qu'il a pise, il aive à toune suffisamment pou quitte le plan hoizontal. Dessinez les foces de Laplace Les foces de Laplace vont le faie toune dans l'aute sens. Le cade va se stabilise su la position hoizontale. 39 Foce su un cade de couant Pou que la cade continue son mouvement de otation dans le même sens, le couant doit ête invesé quand le cade passe pa la position hoizontale. Dessinez les foces de Laplace! Α 40

25 Foce su un cade de couant Chaque fois que le oto pacout un demi tou, le couant est donc invesé pou que les foces soient appliquées toujous dans le même sens (de otation) Pincipe de l oientation du couant collecteu balais Ce sont des commutateus et des balais qui s'occupent de ce changement. Les balais sont fixes et pemettent l alimentation du cicuit otoique, tandis que les commutateus tounent avec le oto. Sous un pôle magnétique, le couant (et donc la foce) est toujous oienté dans le même sens 41