Principes d'électrotechnique
Cours et exercices corrigés
Max Marty
Daniel Dixneuf
Delphine Garcia Gilabert
Dunod
Première partie: Énergie magnétisme
1
1 Lois des conversions électromécaniques de l'énergie
3
1.1 Théorème de l'énergie cinétique4
1.2 Principe de la conversion de l'énergie cinétique5
1.3 Interaction énergie électrostatique - énergie mécanique6
1.4 Forces électrostatiques8
1.5 Interaction énergie électromagnétique - énergie mécanique10
1.6 Énergie électromagnétique des circuits inductifs linéaires13
1.7 Énergétique des circuits électromagnétiques iindéformables15
1.8 Circuits électromagnétiques déformables16
1.9 Énergétique des circuits électromagnétiques déformables19
Pour en savoir plus...28
Cahier d'évaluation
30
2 Magnétisme
33
2.1 Matériaux magnétiques34
2.2 Matériaux ferromagnétiques35
Pour en savoir plus...41
Cahier d'évaluation
42
3 Circuits magnétiques
45
3.1 Loi d'Ohm magnétique46
3.2 Circuits magnétiques sans entrefer46
3.3 Circuits magnétiques avec entrefer47
3.4 Stockage de l'énergie dans l'entrefer48
3.5 Observations49
Pour en savoir plus...51
Cahier d'évaluation
52
4 Champs magnétiques tournants
55
4.1 Champs pulsants56
4.2 Champs tournants57
Pour en savoir plus...60
Cahier d'évaluation
61
5 Principales étapes de l'électromécanique
65
Pour en savoir plus...
70
Deuxième partie: Machines synchrones
73
6 Principes de fonctionnement à vide
75
6.1 Principes76
6.2 Machine synchrone bipolaire monophasée77
6.3 Machine synchrone bipolaire polyphasée79
6.4 Machine synchrone multipolaire80
6.5 Machine synchrone bipolaire équivalente80
6.6 Représentation vectorielle de Fresnel d'un scalaire sinusoïdal83
6.7 Caractérisation des champs magnétiques radiaux d'entrefer89
6.8 Écriture des théorèmes fondamentaux appliqués aux champs radiaux d'entrefer91
6.9 Caractérisation du champ radial d'entrefer par le champ maximal92
6.10 Création des champs radiaux d'entrefer92
Pour en savoir plus...93
Cahier d'évaluation
95
7 Structure et technologie
99
7.1 Enroulements répartis100
7.2 Force électromotrice théorique104
7.3 Force électromotrice réelle106
7.4 Réglages de la force électromotrice à vide108
7.5 Fréquences normalisées des réseaux109
7.6 Conduite d'un projet de calcul de machine110
7.7 Technologie des machines synchrones117
Cahier d'évaluation
133
8 Marche en charge en régime permanent équilibré
135
8.1 Avantages du triphasé: production, transport, distribution136
8.2 Fonctionnement de la machine synchrone en générateur autonome137
8.3 Fonctionnement de la machine synchrone en moteur139
8.4 Fonctionnement réversible générateur-moteur de la machine synchrone140
8.5 Modélisation du fonctionnement142
Pour en savoir plus...143
Cahier d'évaluation
144
9 Modélisation des machines à pôles lisses non saturées
147
9.1 Équations temporelles et vectorielles154
9.2 Diagramme temps de Fresnel150
9.3 Diagramme espace151
9.4 Diagramme espace bipolaire152
9.5 Diagrammes espace-temps-diagramme à réactance constante152
9.6 Détermination de la réactance synchrone153
9.7 Amplitudes efficaces complexes153
9.8 Puissance électromagnétique apparente complexe154
9.9 Expressions du moment du couple156
Pour en savoir plus...160
Cahier d'évaluation
161
10 Fonctionnement en alternateur autonome
165
10.1 Marche à vide166
10.2 Marche en charge166
10.3 Marche en charge à vitesse constante167
Pour en savoir plus...171
Cahier d'évaluation
172
11 Fonctionnement réversible sur réseau puissant
175
11.1 Réseau d'énergie - impositions - accrochage - synchronisme176
11.2 Conventions - diagramme - puissances active et réactive178
11.3 Diagramme de l'ingénieur179
11.4 Fonctionnement générateur, moteur - déphasage de "formule mathématique non exprimable en html" par rapport à "formule mathématique non exprimable en html"181
11.5 Fourniture ou absorption de réactif - surexcitation ou sous-excitation182
11.6 Marche à puissance constante - courbes de Mordey183
11.7 Réglages - conduite des machines du réseau183
11.8 Conduite du réseau185
11.9 Décrochage d'un alternateur187
11.10 Perte de synchronisme du réseau189
Pour en savoir plus...191
Cahier d'évaluation
192
12 Machines à vitesse variable
195
12.1 Alimentations par convertisseur statique196
12.2 Machines synchrones autopilotées à commutation électronique200
12.3 Machines synchrones autopilotées à commutation électromécanique202
12.4 Moteur Brushless204
Pour en savoir plus...205
Cahier d'évaluation
206
13 Modélisation des machines saturées
209
13.1 Machines saturées à pôles lisses - méthode de Potier210
13.2 Machines à pôles saillants, saturées - ou non - méthodes de Blondel215
Pour en savoir plus...230
Cahier d'évaluation
232
14 Actionneurs et moteurs à réluctance
235
14.1 Actionneurs à réluctance236
14.2 Calcul du couple de réluctance237
14.3 Couple de réluctance et couple électromagnétique d'une machine synchrone à pôles saillants238
14.4 Moteurs pas à pas239
14.5 Machines à réluctance autopilotées à commutation électronique244
Pour en savoir plus...253
Cahier d'évaluation
255
15 Approche des machines en régimes transitoires
259
15.1 Modélisation des machines synchrones en régimes transitoires260
15.2 Transformations de Park263
15.3 Transformations de Concordia et changement de repères268
Pour en savoir plus...272
Cahier d'évaluation
275
Troisième partie: Machines asynchrones d'induction
279
16 Fonctionnement des machines asynchrones d'induction
281
16.1 Principe282
16.2 Calcul du flux reçu par la bobine rotor IR283
16.3 f.é.m. agissante au secondaire284
16.4 Calcul du moment du couple de démarrage285
16.5 Moment du couple en régime permanent de rotation286
16.6 Machine autopilotée naturelle288
16.7 Alimentations des machines asynchrones289
Pour en savoir plus...291
Cahier d'évaluation
292
17 Constitution
295
17.1 Constitution du rotor ferromagnétique296
17.2 Diversités des machines asynchrones297
17.3 Utilisation en machine asynchrone à double alimentation298
17.4 Alimentation par le rotor des machines à rotor bobiné299
17.5 Technologie et applications des machines asynchrones d'induction300
Pour en savoir plus...304
Cahier d'évaluation
305
18 Alimentation à fréquence constante. Fonctionnement en régime permanent équilibré
307
18.1 Modélisation - diagramme espace-temps bipolaire308
18.2 Équations instantanées - formulation complexe311
18.3 Notation en amplitude efficace complexe312
18.4 Sens physique des transformations mathématiques313
18.5 Machine tournante - modèle - transformateur statique monophasé318
18.6 Impédance complexe du moteur318
18.7 Schémas équivalents déduits des équations319
18.8 Séparation des pertes actives et réactives321
18.9 Bilan énergétique322
18.10 Diagramme circulaire323
Pour en savoir plus...326
Cahier d'évaluation
327
19 Modèle pour l'ingénieur - fonctionnement en régime permanent équilibré
331
19.1 Diagramme circulaire simplifié332
19.2 Étude du primaire333
19.3 Étude du secondaire335
19.4 Bilan énergétique338
19.5 Expression du moment du couple agissant sur le rotor338
19.6 Étude du moment du couple C(g, R2) avec V1 = cste et omega = cste343
19.7 Mesures à effectuer - détermination des paramètres de la machine345
Pour en savoir plus...349
Cahier d'évaluation
350
20 Fonctionnement industriel sur réseau à fréquence imposée
353
20.1 Fonctionnements en moteur, en générateur, à contre-courant354
20.2 Bilan énergétique réel - rendements vrai et approché355
20.3 Rendement approché du moteur asynchrone d'induction356
20.4 Diagramme industriel normalisé357
20.5 Démarrage du moteur asynchrone d'induction sur réseau à fréquence imposée358
20.6 Problèmes posés par le démarrage358
20.7 Procédés de démarrage359
20.8 Avantages et inconvénients des moteurs asynchrones d'induction362
Pour en savoir plus...364
Cahier d'évaluation
365
21 Variation de vitesse des moteurs asynchrones
369
21.1 Moteur à rotor non bobiné alimenté à fréquence constante370
21.2 Moteur à rotor bobiné alimenté à fréquence statorique constante371
21.3 Variation de la fréquence d'alimentation392
21.4 Marché de la variation de vitesse401
Pour en savoir plus...402
Cahier d'évaluation
403
22 Utilisations particulières des machines asynchrones
407
22.1 Transformateur à champ tournant408
22.2 Régulateur d'induction408
22.3 Moteur asynchrone synchronisé408
22.4 Moteur asynchrone monophasé409
22.5 Synchronisation de deux machines411
22.6 Appareils synchros414
Pour en savoir plus...417
Cahier d'évaluation
418
Quatrième partie: Machines à courant continu
421
23 Principes de fonctionnement
423
23.1 Principe des machines hétéropolaires424
23.2 Fonctionnement en générateur425
23.3 Fonctionnement en moteur428
23.4 Dispositif balais/collecteur428
23.5 Bobine pseudo-stationnaire429
23.6 f.é.m. continue et continue commutée430
Pour en savoir plus...431
Cahier d'évaluation
432
24 Constitution
435
24.1 Technologie436
24.2 Courbe de magnétisme437
24.3 Enroulements en tambour439
Pour en savoir plus...431
Cahier d'évaluation
448
25 Expressions de la f.é.m. développée par l'induit
451
25.1 f.é.m. aux bornes d'une spire diamétrale452
25.2 f.é.m. Eba entre deux points du bobinage452
25.3 f.é.m. EBA entre deux balais quelconques frottant sur le collecteur453
25.4 f.é.m. EBA aux bornes des balais dans l'axe q454
25.5 Flux reçu par le demi-induit dans l'axe d454
25.6 Calcul direct de la f.é.m. à partir de phid455
25.7 Cas des machines multipolaires ou à plusieurs voies d'enroulement456
25.8 Équations de fonctionnement en régime permanent. Balais AB sur l'axe q456
25.9 Puissance de la machine et limitations technologiques457
Pour en savoir plus...458
Cahier d'évaluation
460
26 Caractéristiques des machines en régime permanent
463
26.1 Variables indépendantes464
26.2 Montages du circuit d'excitation464
26.3 Caractéristiques des génératrices465
26.4 Caractéristiques des moteurs468
Pour en savoir plus...475
Cahier d'évaluation
476
27 Fonctionnement en charge de l'induit
479
27.1 Réaction d'induit480
27.2 Commutation485
27.3 Installation des moteurs industriels489
Pour en savoir plus...475
Cahier d'évaluation
476
28 Variation de vitesse des moteurs à courant continu
497
28.1 Historique de la variation de vitesse498
28.2 Variateurs électromécaniques de vitesse499
28.3 Variateurs électroniques de vitesse500
Pour en savoir plus...522
Cahier d'évaluation
524
29 Machines monophasées
527
29.1 Machines synchrones et asynchrones monophasées528
29.2 Machines à courant continu alimentées en alternatif528
29.3 Moteurs monophasés à collecteur535
Pour en savoir plus...545
Cahier d'évaluation
546
30 Modélisation des systèmes électromécaniques
549
30.1 Mise en équations550
30.2 Mise en équation «à vue» d'un système électromécanique555
30.3 Étude d'un système électromécanique561
30.4 Méthodes d'études566
30.5 Modélisation des machines à pôles saillants569
Pour en savoir plus...575
Cahier d'évaluation
577
Cinquième partie: Synthèse
579
31 Synthèse: machine généralisée - transformations de Park - machines autopilotées à commutation électronique
581
31.1 Machine généralisée582
31.2 Transformations de Park596
31.3 Machines autopilotées à commutation électronique601
Problèmes
605
Solutions des questions, exercices et problèmes
623
Pour aller plus loin...663
Index
665