CHAPITRE 4 BOBINE À NOYAU DE FER (BNF) le noyau de fer ne sert qu à canaliser le flux magnétique

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1 CHAPITRE 4 BOBINE À NOYAU DE FER (BNF) le noyau de ne sert qu à canaliser le flux magnétique 1

2 Sans romagnétisme il n y aurait pas d électricité industrielle (alternateurs, transformateurs, moteurs). Toutes les machines d électrotechniques classiques comportent un circuit presque totalement constitué de. L espace d air (entre) qui sépare la partie fixe (stator) de la partie tournante (rotor) est réduit au minimum. 2

3 CHAPITRE 4 BOBINE À NOYAU DE FER (BNF) le noyau de ne sert qu à canaliser le flux magnétique Un matériau est dit magnétique lorsque, sous l action d un champ magnétique H, il engendre une induction magnétique B à l origine d un flux magnétique 3

4 CHAPITRE 4 BOBINE À NOYAU DE FER (BNF) Constitution d une BNF Circuit magnétique formé d un empilement de tôles magnétiques minces isolées entre elles par une couche de vernis Bobine de n spires I e V n f e f flux embrassé par l»enroulement flux dans le flux de fuite v t V sin t n I max u 4

5 Etude de fonctionnement Circuit électromagnétique équivalent d une BNF e n I f f La loi des nœuds donne: φ e = φ + φ f En pratique: f f La loi des nœuds donne: ni Inductance propre du circuit n Li Li n ni Li n L 2 n 5

6 Analogie circuit électrique/circuit magnétique Circuit électrique: i Circuit magnétique: e R Expression: e Ri Expression: Force électromotrice : e (V) Résistance électrique : R() Courant électrique : i(a) Force magnétomotrice : (At) Réluctance magnétique: ( At * Wb ) Flux magnétique : (Wb) 1 6

7 1- COMPORTEMENT DE LA BNF NON SATURÉE Modèle électrique linéaire de la bobine r jl f I V jl r : résistance de l enroulement l f : inductance de fuite L : inductance propre de la BNF Une bobine est parfaite si on néglige les phénomènes d hystérésis, la saturation et les courants de Foucault La loi des mailles donne: v = ri + n d dt φ e = ri + L d dt i t + l f d i t dt 7

8 1- COMPORTEMENT DE LA BNF NON SATURÉE Modèle électrique linéaire de la bobine La caractéristique B(H) est linéaire B r H 0rH Perméabilité relative 0 Perméabilité de l air Perméabilité absolue S. I. B Induction ou densité du flux magnétique, exprimée en Tesla (T) H Intensité du champ magnétique, exprimée en (At/m) 8

9 Influence de la saturation 2- COMPORTEMENT DE LA BNF SATURÉE BT B max 0 H a H b H A/ m Zone linéaire : dans cette zone, B = μ r. μ 0.H avec μ r constante. C est cette zone qui est généralement exploitée pour les transformateurs et les machines tournantes. Saturation du milieu romagnétique : lorsque H devient trop grand, B ne varie presque plus. Le matériau magnétique est dit saturé. On a toujours B = μ r. μ 0.H, mais μ r n est plus constant. 9

10 2- COMPORTEMENT DE LA BNF SATURÉE Circuit magnétique non saturé B = f (H) linéaire l; S i ; n; BS n 0 0 ; r; l r S B l Circuit magnétique saturé B = f (H) non linéaire db i ; S H ' ni H 0 ; n; ' ' H l n 1 0 0; r; B r ' dh l r ' ' b a db 10

11 Influence du cycle d hystérésis p H k H B 2 max f L'épaisseur du cycle d'hystérésis influe sur la puissance active consommée par la bobine 11

12 Pertes par courants de Foucault p W F p q F W / kg M V R 2 F kg Hz f 50 T B 2 Moyens de réduction des pertes par courants de Foucault p F max k F 2 B max f 2 B i 12

13 Modèle électrique équivalent d une BNF I r jl f V I F RF I 0 jl r : résistance de l enroulement l f : inductance de fuite L : inductance propre de la BNF R F : résistance modélisant les pertes par courants de Foucault 13

14 Exercice 1.4 Facteur de puissance P VI cos cos P VI ,3 0,15 Courant magnétisant I I sin 0,3 sin(arccos 0,15) 296mA 0 Courant créant les pertes I F I cos 0,3 0,15 45mA On a donc V R F 4, 84k P 10 V 220 V L. I L 2, 36H 0. I 3140,

15 Exercice i v n e B (T) 0 0,5 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 H (A/m)

16 Exercice 2.4 Flux magnétique dans le noyau et dans l entre O Wb B S Champs magnétique d excitation dans l entre H e At / m H e B 0 Champs magnétique d excitation dans le H (voir tableau) B 1.4( Tesla) H 2450( At / m) 16

17 Force magnétomotrice dans l entre 6 3 e H e e 1,1110 0, At Force magnétomotrice dans le (f. m. m) = H x l At H l Force magnétomotrice totale tot e At tot n I 1200 I 1917At 1917 I 1. 6A

18 Applications 18

19 Applications 19

20 Relais magnétique 20

21 Levage de boîtes de conserves Train à sustentation magnétique 21

22 FIN 22