Bobinage distribué et Bobinage concentrique. Note d application. Bobinage distribué et Bobinage concentrique

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1 Note d application Bobinage distribué et Bobinage concentrique Mohamed EL MAMOUNI & Lahoucine MEROUHAHEL Projet P11A08 : Simulation et détermination des paramètres de fabrication optimaux d'une génératrice "plate" Projet-P11A08 Page 1

2 27 janvier 2012

3 Tables des matières 1) Introduction ) Bobinage concentrique ) Bobinage distribué ) Conclusion... 8 Projet-P11A08 Page 3

4 1) Introduction Cet article a pour objectif de traiter le bobinage des machine électriques d une façon générale, donné des idées sur les types de bobinage utilisé actuellement dans l industrie, les performances et les points de différence entre les deux types : Bobinage distribué et Bobinage concentrique. Les bobinages décrits ici sont ceux que l on rencontre au stator des machines synchrones et asynchrones, ainsi qu au rotor des machines asynchrones à bagues. Ils sont destinés à créer, lorsqu on les alimente par un système de tensions ou de courants triphasés, un champ magnétique tournant. Cette étude entre dans le cadre de notre projet de fin d études qui consiste à mettre en évidence les différentes grandeurs pour pouvoir optimiser l existant proposé par l entreprise Windela (notre client) afin de fournir en énergie un système d éclairage public éolien. La façon dont on réalise le bobinage d une machine électrique joue directement sur le rendement du diapositif électrique, qui dit bobinage dit utilisation de matériaux, gaspillage et pertes de matériaux, différente façon de la répartition du champ magnétique et donc de l induction magnétique au niveau de l entrefer ce qui implique la diminution ou l augmentation de la force magnétomotrice et donc de la puissance à la sortie de la machine électrique. En fonction de la méthode de réalisation du bobinage, on peut identifier deux types de bobinage : distribué (a) et concentrique (b) I. Bobinage concentrique D une façon globale, Le bobinage concentrique est destiné pour les applications de grande puissance, où un nombre important de paires de pôles est nécessaire. Ce type de bobinage permet d'éviter les courts circuits entre les trois bobines, ce qui simplifie la construction du stator. Cependant, un bobinage concentrique créé des harmoniques d espaces, Projet-P11A08 Page 4

5 ce qui implique une déformation de l onde de la force magnétomotrice. On peut également envisager un raccourcissement afin de réduire ces harmoniques. Les machines synchrone à aimant permanent (MSAP) apportent des avantages en termes de rendement électrique par rapport à la traditionnelle (excités électriquement). C'est parce que les pertes par effet Joule de la l'enroulement de champ sont éliminées par l'application des aimants permanents (PM) au lieu des enroulements du rotor, parce que les aimants permanents font partie du circuit magnétique de la machine, ils affectent de manière significative la réluctance totale de la machine. Entraînant ainsi dans les petites valeurs d'inductance de magnétisation, ce qui est bénéfique du point de vue de la production couple élevé. Le principal inconvénient de l'application des aimants permanents est que l'aimantation du rotor ne peut pas être contrôlée, En ce qui concerne le stator, le choix de la bonne configuration dépend de plusieurs processus : Le processus de fabrication de machines a flux axial à aimant permanent peut être considérablement simplifié par rapport aux machines traditionnelles flux radial: Le processus de fabrication d'un noyau de stator à flux axial est techniquement exigeante et demande une grande précision, néanmoins, le processus peut être automatisé. Dans les machines à flux radial à la fois avec le stator et le rotor fait de tôles, la quantité de matière gaspillée plastification est relativement faible mais sensiblement plus grand que dans une machine à flux axial. Les enroulements concentriques avec la technologie à flux axial fourni un avantage de fabrication. Lorsque ce dernier et les enroulements concentriques sont utilisés, les bobines préfabriquées peuvent être simplement insérées dans les dents du stator. Par ailleurs, l'espace requis par les enroulements est minimisé. Ainsi, les machines à bobinage concentrique à flux axial à aimants permanents sont très rentables du point de vue de fabrication. Le raccourcissement des enroulements et avec un facteur de forte puissance permettent de minimiser les pertes par effet Joule du stator. La figure ci-dessous montre clairement la facilité de ce genre de répartition par rapport au type distribué donc on peut affirmer que ce genre de répartition se prête très facilement à l'insertion mécanisée des enroulements dans les encoches correspondantes ce qui implique le gain du temps, la précision et la quantité. Projet-P11A08 Page 5

6 Figure : Répartition du bobinage concentrique Figure : Schéma développé du bobinage concentrique L'utilisation des bobines concentriques ne se chevauchant pas dans les machines à aimant permanent à flux radial présente un certain avantage : 1) la longueur totale est plus courte axiale de la machine en raison de courts-tour de fil, 2) une réduction du coût d enroulement du stator en raison de moins nombre de bobines et de structure simple bobinage, 3) Gain du temps, dans le cas de bobinage concentrique, le bobinage est fait par des appareils cela veut dire on gagne du temps, on produit plus et donc le rendement est meilleur. Un inconvénient, en général, les machines à bobinages concentriques à un couple de sortie plus faible en raison d'un faible facteur d'enroulement. Des études récentes montrent cependant que les machines à aimant permanent bobiné concentriquement avec un nombre de pôles élevé peuvent avoir des facteurs de bobinage et de couple de sortie élevé. II. Bobinage distribué Projet-P11A08 Page 6

7 Le bobinage distribué est utilisé pour les applications à grande vitesse, où un nombre réduit de paires de pôles est nécessaire, ce type de bobinage contient plusieurs et divers formes : - Bobinage distribué à pas diamétral : c est le mode le plus utilisé sur les machines électriques car c est le plus simple à réaliser. Par contre, l induction magnétique dans l entrefer est très variable ce qui engendre des grandes ondulations, la raison pour laquelle on est obligé de rajouter des raccourcissements pour pouvoir forcer l induction vers un sinusoïde parfait ce qui améliore les performances de la machine. - Bobinage distribué à pas raccourci : a pour objectif essentiel d améliorer les performances des machines électrique bobiné d une façon distribué et donc de combler les erreurs du précédent bobinage, Le bobinage à pas raccourci est plus complexe mais permet d avoir une variation de l induction dans l entrefer sinusoïdal, ce qui permet de réduire les pertes fer et les ondulations du couple. Le paramètre q représente le nombre d encoches par pôle et par phase. Plus ce paramètre est important, plus on diminue les ondulations du couple mais plus le bobinage sera complexe à fabriquer. Le raccourcissement est préférable dès lors que nous avons plus de trois encoches par pôle et par phase. Figure : Bobinage distribué pour une paire de pôles L inconvénient de ce système, en général se résume au niveau du temps qu il prend pour la réalisation, gaspillage au niveau des matériaux, la main d œuvre qu on devrait mettre à la disposition et finalement manque de précision. Projet-P11A08 Page 7

8 Figure : Forme de bobinage distribué II. Conclusion Dans ce projet nous avons travaillé sur la modélisation et la simulation ainsi que l optimisation d une génératrice WINDELA et Bien que nous ayons rencontré des difficultés tout au long de l année, ce projet a été très enrichissant pour nous, aussi bien d un point de vue professionnel que personnel. Les principaux problèmes auxquels nous avons fait face sont principalement de l ordre de l organisation. La découverte du monde de la recherche, qui nous était relativement inconnue en début d année, a également été très enrichissante. Les contraintes des travaux pratiques à l école sont différentes de celles des entreprises. Pour terminer, l ensemble du projet nous a permis d avoir une idée sur le monde de travail et plus précisément le domaine que j envisage intégrer. Projet-P11A08 Page 8