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Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 10 PLAN DE LA LEÇON N°2 TITR

Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 10 PLAN DE LA LEÇON N°2 TITRE DE LA LEÇON : Les circuits magnétiques OBJECTIFS : A la fin de la séance l'étudiant doit être capable de :  Reconnaître la normalisation industrielle ;  Représenter un appareil électrique normalisé ;  Identifier un appareil dans un schéma électrique ;  Etablir un repère d'identification des appareils électriques. PRE-REQUIS :  Lois d'électricité.  Appareils de mesure. Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 11 LES CIRCUITS MAGNETIQUES OBJECTIF GENERAL : Identifier un appareil électrique dans un schéma normalisé. OBJECTIFS SPECIFIQUES ELEMENTS DE CONTENU METHODOLOGIE ET MOYEN EVALUATION DUREE  Reconnaître la normalisation industrielle. 1. Normalisation. - La normalisation internationale "CEI". - la normalisation européenne "CENELEC". - La normalisation française "NF". 2. Classification des normes françaises.  Exposé informel.  Notes de cours.  Exemples.  Formative. 60 mn  Représenter un appareil électrique normalisé.  Repérer les conducteurs et les appareils électriques. 1. Les conducteurs. 2. Les appareils de coupure.  Exposé informel.  Notes de cours.  Exemples.  Formative. 60 mn  Etablir un repère d'identification d'appareillage électrique. 1. Représentation du repère d'identification. 2. définir les différents blocs de la codification.  Exposé informel.  Notes de cours.  Exemples.  Formative. 60 mn Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 12 LES CIRCUITS MAGNETIQUES I. Vecteur excitation magnétique (H) Soit un solénoïde (fig.2.1) de grande longueur à l'intérieur duquel on introduit un noyau de fer et on fait varier le courant passant dans le solénoïde à partir de zéro. Pour diverses valeurs du courant I on mesure l'intensité du vecteur induction magnétique B. Dans la deuxième phase on remplace le noyau de fer par un noyau de bois de même dimension et on mesure l'intensité de vecteur induction magnétique B pour les mêmes valeurs des intensités du courant I. On remarque que le module du vecteur induction magnétique B dans le fer est supérieur à celui dans le bois. Fig.2.1. Expérience de la variation du courant en fonction de l'induction magnétique I.1. Définition Nous appellerons excitation magnétique, l'expression l nI H  dont la valeur commune aux deux circuits ne dépend pas de la nature des noyaux.  H : l'excitation magnétique est exprimée en Ampère par mètre [A/m] ;  I : le courant est exprimé en Ampère [A] ;  l : la longueur du solénoïde est exprimée en mètre [m]. I.2. Relation entre excitation magnétique et champ magnétique Le champ magnétique à vide peut être exprimé comme suit : l n I µ H µ B 0 0 0   , avec le vecteur induction magnétique B et vecteur excitation magnétique H sont colinéaires.  µ0 : la perméabilité est exprimée en Henry par mètre, elle est de l'ordre de 7 10 4   [H/m]. I I Le sens de déplacement La bobine B Le noyau Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 13 II. La perméabilité II.1. La perméabilité relative Par définition, pour un champ magnétique la perméabilité relative µr d'une substance est le quotient du champ magnétique qui y est produit par celui qui existerait dans le vide ou l'air. 0 B B µr  II.2. La perméabilité absolue Les matériaux qui laissent passer facilement les lignes de champ magnétique sont caractérisés par une perméabilité absolue élevée. Puisque on a H µ B 0 0  et 0 B B µr  ce qui implique H µ µ B r 0  D'où la relation suivante de la perméabilité absolue : µ µ µ r a 0  III. Théorème d'Ampère généralisé La circulation du vecteur excitation magnétique H le long d'un contour fermé (C) est égale à la somme algébrique des intensités des courants enlacés, en comptant ces intensités comme suit :  Positivement lorsque le conducteur est orienté dans le sens de la normale ;  Négativement dans le sens contraire.    nI dl H C IV. Loi d'Ohpkinson Soit un tube d'induction dans un milieu ferromagnétique (fig.2.1), soit (S) la section de ce tube et nous supposons que l'induction magnétique B est uniforme dans le tube. Fig.2.2. Tore magnétique I n B (C) B n dl R Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 14 Le théorème d'Ampère    nI dl H C d'où nI dl B C a   La relation nI dl S a   peut être sous la forme suivante      nI S dl a R, et  nI E où :  R : la réluctance du circuit ;  E : la force magnétomotrice en Ampère-tours. La relation E= R constitue la loi d'Ohpkinson. Le flux total à travers une bobine est égal à   n b  V. Association des circuits magnétiques linéaires V.1. Circuit magnétique fermé à tronçons en série Fig.2.3. Circuit magnétique à tronçons en série  Le tronçon AB est caractérisé par sa longueur L1, sa section S1 et sa réluctance R1 ;  Le tronçon BC est caractérisé par sa longueur L2, sa section S2 et sa réluctance R2 ;  Le tronçon CA est caractérisé par sa longueur L3, sa section S3 et sa réluctance R3 ;  La perméabilité de chaque section est constante ;  Les flux de fuite sont négligeables. D'après l'homogénéité de chaque des trois tronçons les excitations magnétiques H1=H2=H3. Le théorème d'Ampère :    nI dl H C          A C C B B A C dl H dl H dl H nI dl H 3 2 1  3 3 2 2 1 1 L H L H L H nI    on a aussi 1   nI R1 2   R2 3   R3 = Req , puisque 3 2 1       Req= R1 + R2 + R3 S1 nI dl B C A R1 R2 R3 S2 S3 Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 15 avec R1 1 1 1 1 1 S L S dl a a     , R2 2 2 2 2 2 S L S dl a a     et R3 3 3 3 13 3 S L S dl a a     Le flux magnétique est uniforme eq R nI   , alors que les inductions magnétiques se diffèrent H S B a1 1 1    , H S B a2 2 2    et H S B a3 3 3    Déductions  La réluctance équivalente est la somme des différentes réluctances Req= R1 + R2 + R3 ;  L'excitation magnétique est uniforme H H H H    3 2 1 ;  Différentes inductions magnétiques 3 2 1 B B B   . V.2. Circuit magnétique fermé à tronçons en parallèle Fig.2.4. Circuit magnétique à tronçons en parallèle Le circuit magnétique en parallèle, alors Req   R1  1  R2 2 et      2 1  nI R   R1 1  , R1  1  R2   1   et R2  2  R1   2   puisque   2 1 2 1 R R R   et   2 1 1 2 R R R     R12   (R1 R2 / R1+R2 ) Alors   nI [(R1 R2 / R1+R2 )+ R]  Req =[(R1 R2 / R1+R2 )+ R] Par analogie, on peut faire apparaître une analogie entre les grandeurs électriques et magnétiques. Circuit électrique Circuit magnétique E  E nI  I   S l R    R S l 0   nI dl B A Req R2 R1 2   1  R Electrotechnique – Niveau 3 2010-2011 H. BEN AMMAR 16 VI. Exemples d'applications VI.1. Exemple N°1 : application d'un tore à plusieurs bobines On dispose d'un tore magnétique (fig.2.5) comportant de trois bobines de différents nombres de spire, sont respectivement n1, n2 et n3. Fig.2.5. Circuit magnétique à plusieurs Ampère-tours Le théorème d'Ampère :    nI dl H C  la force électromotrice est de la forme suivante : E 3 3 2 2 1 1 I n I n I n    ;  le flux peut être déterminé par la relation suivante : E= R eq ;  l'induction magnétique est dérivée de la l'équation : BS   ;  l'excitation magnétique est de la forme : H B a   ;  la réluctance : R eq S l a   . VI.1. Exemple N°1 : Application d'une bobine à noyau de fer Un tore magnétique (fig.2.6) de longueur moyenne l=1m et de section S=1cm2. Comporte un entrefer de largeur e = uploads/s3/ chapitre-2-les-circuits-magnetiques-pdf.pdf