Cours avance d’electromagnetisme
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Cours avancé d’électromagnétisme
I. INTRODUCTION
En électromagnétisme l’utilisation de l’induction électromagnétique appelé est indispensable. La plupart des fonctions que nous allons traiter ici en nécessite l’application ou la création de cette induction. C’est pourquoi en électrotechnique on utilise des matériaux magnétiques et conducteurs pour ses applications. En effet les propriétés de ces matériaux sont telles que les moteurs ou autres applications peuvent réagir à cet effet ce qui permet donc par exemple à un moteur de tourner. Il est nécessaire donc de connaître les bases de l’électromagnétisme pour une bonne approche de l’électrotechnique, ce dont nous allons voir tout au long de ce rapport.
Notion de l’électromagnétisme
II. Force de Laplace
Le couple d’un moteur est fournit par l’existence de forces électromagnétiques déterminés par la loi de Laplace :
…
Dans l’air ou le vide on a : = µ0. Avec H : champ magnétique
Pour augmenter la force de Laplace on augmente donc I ou B, tout en sachant que si l’on augmente I on augmente les pertes Joules et donc l’échauffement des conducteurs. La base de la réalisation des machines électriques industrielles est d’utiliser ainsi des matériaux dits ferromagnétiques dont la perméabilité µ est sensiblement supérieur au µ0 du vide et donc d’augmenter la valeur de B de façon la plus optimale.
III. Courbes de magnétisme
Br : Induction rémanente pour un champ nul (H=0)
Bsat : Induction de saturation, induction maximale qui peut être atteinte
Hc : Champ coercitif, valeur du champ à créer pour annuler l’induction dans le matériau.
La variation est linéaire dans la partie Ob mais s’aplatit après jusqu’à l’apparition d’un phénomène de saturation.
Si à partir du point c on diminue la valeur de H on met en évidence la non réversibilité du phénomène. Le cycle alors décrit est appelé cycle d’Hystérésis statique.
Pertes par hystérésis : P=k.f.Bm² avec f : fréquences industrielles
IV. Equations caractéristiques
Le champ H est régi par la loi de Maxwell Ampère :
Loi de Maxwell Ampère : = + ( )
Avec J : densité du courant
Cette loi est le théorème d’Ampère auquel on additionne avec le terme ( ) appelé courant de déplacement.
Si nous voulons nous persuader de sa nécessité on peut utiliser un exemple simple. Considérons, en régime variable, un circuit électrique avec un condensateur. Dans les fils conducteurs, le courant est du à un mouvement de charges. Entre les armatures, le mouvement de charges n'est plus possible, sans le courant de déplacement il n'y aurait pas possibilité de circuit électrique comprenant des condensateurs.
Conservation du flux :
= avec la formule d’ Ostrogradsky si la surface S est fermée on a= =0
Le Flux de B à travers une surface fermée est nul. On dit que le flux de B est conservatif.
N.B : dans un matériau ferromagnétique, compte tenu de la complexité de la relation entre B et H, ces deux vecteurs ne doivent pas être utilisés indifféremment, moyennant une simple multiplication par une constante représentant la perméabilité du milieu considéré.
V. Modélisation des matériaux ferromagnétiques
La meilleure façon d’étudier ces matériaux consiste en une modélisation théorique :
Il existe deux grandes familles de matériaux ferromagnétiques :
-les matériaux doux : correspond a un faible cycle d’hystérésis pour limiter ces pertes. La saturation est négligée. Ils sont utilisés chaque fois que le flux est variable et donc générateur de pertes.
B=µH=µr.µ0.H
-les matériaux durs : correspond à une induction rémanente élevée. Ils sont utilisés pour les aimants permanents afin d’obtenir une induction sans utiliser de bobinages parcourus par des courants.
L’induction est donc constante et B=Bsat.
En réalité il faudrait utiliser des modélisations plus complexes mais l’étude actuelle ne le permet pas sans l’aide de logiciels appropriés.
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