Conversion électromécanique II

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1 Conversion électromécanique II 12 Champ tournant et bobinage Christian Koechli

2 Objectifs du cours Notion de champ tournant et de champ pulsant Polarité, vitesse du champ tournant Grandeurs électriques associées au bobinage. Génération du couple

3 Exemple: nécessité d un système de champ tournant A Actionneur électromagnétique biphasé, une bobine alimentée à la fois N S B B A

4 + N U 0 S 12. Champ tournant et bobinage - + N N S U 0 N S N N + - S N N - - +

5 Exemple: moteur réluctant 6/4 Bobinage triphasé, une bobine alimentée à la fois

6 Circuit magnétique et bobinage

7 Circuit magnétique et bobinage U Z Y 2π/3 V 2π/3 W

8 R S T U Z Y V W N

9 Bobinage triphasé, trois bobines alimentées simultanément Champ résultant Phase U- maximum i ux =1, i vy =-0.5, i wz =-0.5 U Z Y V W

10 Champ résultant Phase W-Z minimum i ux =0.5, i vy =0.5, i wz =-1 U Z Y V W

11 Champ résultant Phase V-Y maximum i ux =-0.5, i vy =1, i wz =-0.5 U Z Y V W

12 Champ résultant Phase U- minimum i ux =-1, i vy =0.5, i wz =0.5 U Z Y V W

13 Champ résultant Phase W-Z maximum i ux =-0.5, i vy =-0.5, i wz =1 U Z Y V W

14 Champ résultant Phase V-Y minimum i ux =0.5, i vy =-1, i wz =0.5 U Z Y V W

15 Champ résultant Phase U- maximum i ux =1, i vy =-0.5, i wz =-0.5 U Z Y V W

16 Champ tournant V- Z U W+ Y U+ U- V W W- V+

17 Champ pulsant résultant de l alimentation d une spire diamétrale par un courant alternatif

18 Champs pulsants résultants de l alimentation de spires diamétrales réparties, par un système de courants alternatifs triphasés symétriques

19 Champ tournant résultant de la somme vectorielle des trois champs pulsants

20 Enseignements Champ tournant = «champ dont le maximum se déplace géométriquement» Champ pulsant = champ variant uniquement en intensité Il faut au moins 2 phases pour créer un champ tournant

21 Bobinage triphasé

22 Champ magnétique créé par une phase avec Fondamental de la distribution de champ t p : pas polaire Si i sinus: avec

23 Champ magnétique résultant Onde progressive (directe) Onde rétrograde (inverse) +

24 Champ magnétique résultant

25 Champ pulsant

26 Champ tournant

27 Vitesse du champ tournant: cas du moteur bipolaire ym: max du champ tournant W=v m /r avec r, rayon d alésage

28 Notion de polarité: 2 pôles Z U Y S N V W

29 Construction d un moteur à 4 pôles Z U Y V S Z S N U V W N W Y

30 Moteur quadripolaire «fabriqué» Y W N V S Z U U Z S V N W Y

31 Exemple moteur bipolaire / quadripolaire

32 Exemple moteur bipolaire / quadripolaire

33 Vitesse du champ tournant: cas général

34 Tension induite en fonction du flux On se limite au fondamental du flux Valeur de crête: Valeur efficace: Effet du bobinage:

35 Obtention du flux: Tension induite en fonction de B

36 Facteurs de bobinage Facteur de distribution kz Facteur de raccourcissement ks Facteur de bobinage kw=kz ks Le flux totalisé devient:

37 Facteur de distribution Avec q: nbre d encoches par pôle et par phase

38 Facteur de raccourcissement ks= Flux d une bobine raccourcie Flux d une bobine diamétrale s: ouverture de la bobine Bd(a) -b/2 b/

39 Facteur de raccourcissement

40 Potentiel magnétique d un bobinage Pour un bobinage triphasé symétrique:

41 Inductance propres et mutuelles Flux statorique de la phase u: Avec, pour un système triphasé:

42 Inductances

43 Inductances Exemple: équation de tension de la phase 1 d un moteur synchrone: di1 u1 Rs Ls kewsin t dt

44 Bobinage réparti

45 Moteur en cours de montage

46 Concentrique - Réluctant

47 Astuce de bobinage

48 Concentrique - Réluctant

49 Concentrique - Brushless

50 Concentrique - Brushless

51 Concentrique - massif

52 Concentrique - Brushless

53 Concentrique miniature

54 Spéciaux

55 Spéciaux

56 Conditions d obtention d un couple Dans un moteur électrique, on a: Un champ tournant statorique (créé par le stator) Un champ tournant rotorique (créé par le rotor) Quelles sont les conditions pour obtenir un couple entre les deux?

57 Conditions d obtention d un couple Exemple 1: même polarité, même vitesse Le couple moyen est positif

58 Conditions d obtention d un couple Exemple 2: vitesses différentes Le couple moyen est nul

59 Conditions d obtention d un couple Exemple 2: polarités différentes Le couple moyen est nul

60 Composantes de l induction dans l entrefer

61 Changement de référentiel (->stator) Déphasage entre les 2 composantes:

62 Energie magnétique dans l entrefer

63 Energie magnétique (composante mutuelle)

64 Energie magnétique totale

65 Couple électromagnétique Pour que la moyenne de Tem soit non-nulle, il faut: s - r = 0 Soit s = r = r +pw m

66 Possibilités de couple non-nul: r =0 W m = s /p s =0 W m = r /p r 0, s 0 r = s - pw m moteur synchrone moteur à courant continu moteur asynchrone

67 Conclusion Notion de champ tournant, champ pulsant: Il faut au minimum 2 phases pour générer un champ tournant Un champ tournant peut être décomposé en 2 champ pulsants Equation de tension induite et effet du bobinage Facteur de distribution Facteur de raccourcissement Condition d obtention d un couple Il faut 2 sources de champs magnétique synchrones de même polarité déphasées