Conception des Systèmes Électriques - Chapitre 1

Les pertes fer dans une machine électrique résultent de la somme des pertes par courants de Foucault et des pertes par hystérésis.

Les courants de Foucault sont des courants induit dans les matériaux conducteurs soumis à un champ magnétique variable.

La hystérésis magnétique est le phénomène où le champ magnétique dans un matériau ne revient pas immédiatement à zéro lorsque le champ appliqué est retiré.

Pour réduire les pertes par courants de Foucault, les circuits magnétiques des machines électriques sont souvent réalisés en assemblant des tôles fines séparées par un isolant.

Pour réduire les pertes par hystérésis, les tôles magnétiques subissent un traitement thermique spécifique pour orienter leurs domaines magnétiques.

La durée de vie d'une machine électrique est limitée par son vieillissement et sa destruction par claquage.

Pour les petites machines basse tension, la dégradation est principalement due à la température et à l'environnement.

Les machines de moyennes à grandes dimensions sont affectées par la température, l'environnement, les contraintes électriques et mécaniques.

La capacité d'une machine à supporter un fonctionnement en régime permanent sous l'effet de la température.

La classe thermique définit la température maximale de fonctionnement des bobinages.

La classe F est la classe d'isolation la plus courante.

La réserve thermique est la différence entre la température maximale de fonctionnement et la température ambiante.

La FIGURE I.1 montre les réserves thermiques disponibles pour les classes d'isolation B, F et H.

La température ambiante maximale est fixée à 40°C.

Les tôles au silicium sont un alliage de fer et de silicium, utilisé dans les machines électriques car elles ont une perméabilité magnétique élevée (μ₁ = 6500).

Les tôles à grains orientés sont un type de tôle utilisée dans les machines électriques, car elles ont une très grande perméabilité magnétique (μ₁ = 35000).

Le cuivre est le métal conducteur le plus utilisé dans les machines électriques car il a la plus faible résistivité après l'argent. Il est utilisé pour les bobinages car il est très bon conducteur d'électricité.

L'aluminium est utilisé pour les lignes de transport de l'énergie électrique car il est léger, mais il est également utilisé dans certaines machines électriques. Il est un bon conducteur d'électricité, mais moins bon que le cuivre.

L'or et l'argent sont utilisés pour la réalisation de la surface de certains contacts électriques mobiles car ils ont une faible résistivité et résistent à la corrosion.

Les matériaux isolants sont utilisés pour séparer les conducteurs électriques dans les machines électriques et empêcher les courts-circuits. Ils sont souvent utilisés en combinaison avec d'autres matériaux comme le papier, le coton, le bois, le PVC, le caoutchouc et les thermoplastiques.

Les isolants doivent répondre à des critères spécifiques tels que la tension électrique à supporter, la température de fonctionnement, les contraintes fonctionnelles et d'agencement. Ils peuvent être vieillis par la chaleur, l'électricité, les forces mécaniques ou l'environnement ce qui affecte leur durée de vie.

La classe d'isolation F permet un échauffement maximal de 105°C, mais les moteurs Leroy Somer de classe F sont conçus pour ne chauffer que jusqu'à 80°C.

L'altitude affecte la température de fonctionnement d'une machine. L'altitude augmente, la température de fonctionnement diminue.

Une température ambiante de 40°C est généralement utilisée pour les calculs, avec une marge de sécurité supplémentaire de 10°C (15°C pour la classe H).

Un dépassement de 10°C de la température maximale réduit la durée de vie d'une machine de moitié.

Le refroidissement par convection est le plus efficace pour les machines de grande taille. L'air chaud est évacué par des ailettes ou des ventilateurs.

Pour les petites machines (quelques kW), la convection naturelle peut être suffisante. Pour les machines plus puissantes, la convection forcée avec des ventilateurs est utilisée.

Pour les grandes puissances, un double circuit de refroidissement est utilisé. Le circuit primaire utilise de l'air, de l'huile ou de l'hydrogène. Le circuit secondaire utilise généralement de l'air.

L'hydrogène est utilisé pour refroidir les machines car il a une chaleur massique plus importante que l'air, ce qui permet une meilleure extraction de chaleur. Cependant, il présente un risque d'explosion.