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5 • Convertisseurs à effets électromagnétiques
l’hystérèse magnétique. Placé dans un champ d’excitation tournant d’intensité suffisamment grande, un cylindre ferromagnétique homogène et isotrope initialement au
repos est ainsi susceptible de développer une polarisation accompagnant la rotation
du champ avec un déphasage arrière caractéristique de son hystérésis magnétique. Il
en résulte un couple d’entraînement capable d’accélérer le cylindre jusqu’à son accrochage avec le champ tournant. La machine fonctionne alors en mode synchrone.
Rappelons ici simplement que le concept de machine à hystérésis a été largement utilisé dans le domaine des petits moteurs électriques monophasés destinés notamment
à l’entraînement des tourne-disques et des magnétophones à bande.
5.3.5 Machines à induction
En vertu des lois de l’induction électromagnétique, un corps conducteur soumis à un
champ magnétique variable est le siège de courants induits qui tendent à compenser
les variations subies par le champ (cf. section 4.3). Par conséquent, un corps conducteur plongé dans un champ tournant (ou glissant) et animé d’une vitesse différente
de celle du champ est susceptible de réagir en développant à son tour un moment
magnétique instantané qui cherche à s’opposer au champ d’origine extérieure. Cependant, sous l’effet de la résistivité non nulle qui caractérise le milieu conducteur,
la direction du moment antagoniste n’est pas parfaitement opposée à celle du champ
produit. Grâce à ce déphasage, un couple électromagnétique peut alors s’exercer entre
les armatures fixes et mobiles du convertisseur. L’expression de ce couple sera déterminée au chapitre 6. Soulignons que l’apparition des courants induits, de même que
les forces qui en résultent, sont assujetties à l’existence d’un mouvement relatif entre
le conducteur et le champ. Ce « glissement » du rotor par rapport au champ statorique
justifie la dénomination usuelle de machine asynchrone.
Un tel convertisseur peut être directement réalisé à l’aide d’un cylindre conducteur massif tournant au centre d’un stator polyphasé. Toutefois, afin d’améliorer le
couplage électromagnétique entre les deux armatures, les conducteurs rotoriques, à
l’instar des enroulements du stator, auront avantages à être logés dans des encoches.
Ceci suppose néanmoins que le circuit électrique rotorique soit refermé sur lui-même.
Selon une première forme de réalisation, les conducteurs sont directement reliés aux
extrémités du rotor grâce à un anneau de court-circuit, comme on peut le voir sur la figure 5.9. Simple et économique, cette structure de rotor « à cage d’écureuil » est très
largement utilisée dans le domaine des entraînements de petites et moyennes puissances. Par ailleurs, on peut aussi tirer parti d’une architecture à double alimentation
dont les circuits rotoriques sont extérieurement court-circuités. Cette configuration
« à rotor bobiné » offre alors la possibilité d’ajuster la conductivité apparente du
rotor grâce à des résistances extérieures connectées au rotor via le jeu de contacts
glissants. Comme nous le verrons en observant l’équation du couple, cette liberté
supplémentaire permet d’optimiser les caractéristiques de la machine sur sa plage de
fonctionnement (augmentation du couple de démarrage).
5 • Convertisseurs à effets électromagnétiques
l’hystérèse magnétique. Placé dans un champ d’excitation tournant d’intensité suffisamment grande, un cylindre ferromagnétique homogène et isotrope initialement au
repos est ainsi susceptible de développer une polarisation accompagnant la rotation
du champ avec un déphasage arrière caractéristique de son hystérésis magnétique. Il
en résulte un couple d’entraînement capable d’accélérer le cylindre jusqu’à son accrochage avec le champ tournant. La machine fonctionne alors en mode synchrone.
Rappelons ici simplement que le concept de machine à hystérésis a été largement utilisé dans le domaine des petits moteurs électriques monophasés destinés notamment
à l’entraînement des tourne-disques et des magnétophones à bande.
5.3.5 Machines à induction
En vertu des lois de l’induction électromagnétique, un corps conducteur soumis à un
champ magnétique variable est le siège de courants induits qui tendent à compenser
les variations subies par le champ (cf. section 4.3). Par conséquent, un corps conducteur plongé dans un champ tournant (ou glissant) et animé d’une vitesse différente
de celle du champ est susceptible de réagir en développant à son tour un moment
magnétique instantané qui cherche à s’opposer au champ d’origine extérieure. Cependant, sous l’effet de la résistivité non nulle qui caractérise le milieu conducteur,
la direction du moment antagoniste n’est pas parfaitement opposée à celle du champ
produit. Grâce à ce déphasage, un couple électromagnétique peut alors s’exercer entre
les armatures fixes et mobiles du convertisseur. L’expression de ce couple sera déterminée au chapitre 6. Soulignons que l’apparition des courants induits, de même que
les forces qui en résultent, sont assujetties à l’existence d’un mouvement relatif entre
le conducteur et le champ. Ce « glissement » du rotor par rapport au champ statorique
justifie la dénomination usuelle de machine asynchrone.
Un tel convertisseur peut être directement réalisé à l’aide d’un cylindre conducteur massif tournant au centre d’un stator polyphasé. Toutefois, afin d’améliorer le
couplage électromagnétique entre les deux armatures, les conducteurs rotoriques, à
l’instar des enroulements du stator, auront avantages à être logés dans des encoches.
Ceci suppose néanmoins que le circuit électrique rotorique soit refermé sur lui-même.
Selon une première forme de réalisation, les conducteurs sont directement reliés aux
extrémités du rotor grâce à un anneau de court-circuit, comme on peut le voir sur la figure 5.9. Simple et économique, cette structure de rotor « à cage d’écureuil » est très
largement utilisée dans le domaine des entraînements de petites et moyennes puissances. Par ailleurs, on peut aussi tirer parti d’une architecture à double alimentation
dont les circuits rotoriques sont extérieurement court-circuités. Cette configuration
« à rotor bobiné » offre alors la possibilité d’ajuster la conductivité apparente du
rotor grâce à des résistances extérieures connectées au rotor via le jeu de contacts
glissants. Comme nous le verrons en observant l’équation du couple, cette liberté
supplémentaire permet d’optimiser les caractéristiques de la machine sur sa plage de
fonctionnement (augmentation du couple de démarrage).