Électromécanique

Question 1

dispositif convertisseur électromécanique

Answer 1

au moins un accès électrique et un accès mécanique (2 corps pouvant se déplacer / l’autre)

Question 2

types de mouvement

Answer 2

rotatif (à mouvement permanent, à débattement limité, à rotor) et linéaire (électroaimant)

Question 3

fourchette de puissance d’un convertisseur électromécanique

Answer 3

1W à 1GW

Question 4

fourchette de rendement d’un convertisseur électromécanique

Answer 4

de 0,8 (petits convertisseurs) à 0,99

Question 5

fourchette de densité de puissance d’un convertisseur électromécanique

Answer 5

1 kW/kg à 10 kW/kg

Question 6

vitesse de rotation max d’un convertisseur électromécanique

Answer 6

jusqu’à 20 000 tr/min

Question 7

Pe + et Pm +

Answer 7

fonctionnement moteur ; pn électrique fournie au convertisseur et pn mécanique fournie par le convertisseur ; rdt = Pm/Pe

Question 8

Pe - et Pm -

Answer 8

fonctionnement générateur ; pn électrique fournie par le convertisseur et pn mécanique fournie au convertisseur ; rdt = Pe/Pm

Question 9

Pe + et Pm -

Answer 9

fonctionnement frein ; pn dissipée par le convertisseur = Pe+Pm

Question 10

types de pertes sur un convertisseur électromécanique

Answer 10

effet Joule ; hysteresis ; courants de Foucault; frottements

Question 11

formule de la capacité d’accélération (rotation)

Answer 11

J*dΩ/dt = Cm-Cr avec J moment d’inertie en kg.m^2

Question 12

formule de la capacité d’accélération (translation)

Answer 12

M*dV/dt = Fm-Fr

Question 13

types de sources de champ magnétique

Answer 13

courant externe (toujours) ou induit, ou aimant

Question 14

formule de la tension Ui aux bornes d’un enroulement

Answer 14

Ui = Ri Ii + dΦi/dt avec Φi = Σ Lij(θ)Ii

Question 15

formule énergie électrique We entrant dans le convertisseur pendant dt

Answer 15

dWe = Σ UiIi dt = Σ RiIi^2 dt + Σ dΦi*Ii ; avec pertes par effet Joule dans les enroulements, et énergie mécanique dWm avec dWm = Σ dΦIi - dWmag (var de l’énergie magnétique stockée)

Question 16

formule de dWm sur un convertisseur sans aimant

Answer 16

dWm = 1/2 * ΣiΣj [d(θ)δLij(θ)IiIj/δθ] et dWm = Pm dt = CmΩ dt = Cmdθ/dt = Cmdθ

Question 17

formule de Cm et conclusions sur conditions du couple pour un convertisseur sans aimant

Answer 17

Cm = 1/2 ΣiΣj δLij(θ)IiIj/δθ ; or Lij est périodique et sa dérivée s’annule au moins 2 fois par tours donc E positions ou Cij = 0 donc il faut plusieurs enroulements décalés et un système mécanique pour éviter que le système s’arrête dans une position nulle

Question 18

étude au premier harmonique et conclusions d’asservissement pour Cij

Answer 18

Cij = [cos((pΩ +/- ωi +/- ωj)*t +/- θ +/- φ(i) +/- φ(j))…] donc pour produire un couple non nul un des termes pΩ + ωi + ωj doit être nul. Le couple est lié au 2e terme = nécessité de synchroniser les courants avec la position du rotor (θ)

Question 19

définition du convertisseur à une source de champ et conclusions sur l’architecture

Answer 19

Ii et Ij sont sur la même partie (partie fixe). Le déplacement de la partie mobile entraîne de faibles variations de Lij(θ) mais doit entraîner de fortes variations = parties mobiles saillantes = convertisseur à reluctance variable

Question 20

Cm pour un convertisseur à une source de champ

Answer 20

Cm = 1/2 δL(θ)*Ii^2 / δ(θ)

Question 21

types de convertisseurs à une source de champ

Answer 21

convertisseur oscillant; machine à reluctance variable ; injecteur

Question 22

machine à reluctance variable

Answer 22

plusieurs enroulements (bobinage) dans le stator , couple non nul quelle que soit la position; alimentation successive dans le sens de la rotation

Question 23

convertisseurs à deux sources de champ : 3 cas possibles

Answer 23

ω(s) = 0 ; ω(r) = 0 ; ω(s) et ω(r) =/= 0

Question 24

convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) = 0

Answer 24

machine synchrone à rotor bobinés ; DC au rotor ; ω(s) = pΩ ; souvent mode générateur

Question 25

convertisseur à deux sources de champ: cas ω(s) = 0

Answer 25

machine à courant continu à indicateur/stator bobinés; AC dans enroulements rotor ; DC au stator et au rotor et le collecteur créé AC

Question 26

convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) et ω(s) =/= 0 et courants externes

Answer 26

machine asynchrone à double alimentation ; condition pΩ = ω(s) - ω(r) assurée par convertisseur électronique de puissance. En général, ω(s) est constant et ω(r) varie avec la vitesse de rotation

Question 27

convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) et ω(s) =/= 0 et courants induits (mvt de rotation)

Answer 27

machine asynchrone (cage d’écureuil) ; courant induit dont les variations tendent à compenser les effets du champ extérieur. La fréquence de ces courants satisfait spontanément la relation pΩ = ω(s) - ω(r)

Question 28

convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) et ω(s) =/= 0 et courants induits (mvt de translation)

Answer 28

lanceur électromagnétique à induction ou actionneur linéaire à induction

Question 29

formule couple Cm en présence d’un aimant

Answer 29

Cm = 1/2 ΣiΣj dLij(θ)/dθ * IiIj - dWmag(θ)/dθ + Σi dΦio(θ)/dθ * Ii avec deux termes liés à l’aimant : Wmag(θ) énergie stockée en l’absence de courant = couple de détente et Φio(θ) flux dans l’enroulement en l’absence de courants

Question 30

couple Ci produit par un aimant et un courant et conclusions

Answer 30

Ci = 1/2 dΦio(θ)/dθ * Ii donc le signe du courant impose le signe de l’effort, le déplacement du rotor doit entraîner de fortes variations de flux dans l’enroulement i. Donc aimant au rotor et enroulement au stator ou inversement

Question 31

périodicité de Ci pour un convertisseur à aimant

Answer 31

dérivée annulée 2 fois par tour donc enroulements décalés et pΩ = ω(i). Couple lié à θo - φ(j) donc nécessité de synchroniser les courants avec la position du rotor

Question 32

types de convertisseurs à aimant

Answer 32

machine synchrone à aimants permanents = machine synchrone à rotor bobinés, champ créé par le rotor non réglable et pertes nulles par effet Joule au rotor ; machine à courant continu à aimants permanents = machine à courant continu à inducteur bobiné, champ créé par le stator non réglable et pertes par effet Joule nulles au stator

Question 33

utilisation de champs électriques: expression de Cm

Answer 33

Cm = dWelec/dθ avec Welec énergie stockée dans le convertisseur

Question 34

comparaison champ magnétique/ électrique

Answer 34

limite technologique: Bmax = 1,5T et ρ = 9.10^7 J/m^2 ; Emax = 3.10^6 m^2 et ρ = 40 J/m^2

Question 35

courbe de Paschen et conclusions

Answer 35

avec une distance de 1μm entre les électrodes: Emax = 10^8 V/m = 4.10^4 J/m^3. Donc plus l’entrefer est faible plus l’utilisation de champ électrique est justifiée : microconvertisseurs

Question 36

applications microconvertisseurs

Answer 36

injecteur pour imprimantes à jet d’encre; accéléromètre; déplacement de miroirs pour les pixels de vidéoprojecteur

Question 37

matériaux électro-actifs

Answer 37

piezo électricité et magnétostriction

Question 38

piezo électricité

Answer 38

apparition de charges électriques sous l’effet d’une déformation ou inverse: déformation sous l’effet d’un champ électrique (sens du champ électrique lié au sens déformation). Déformation de 300 parties par million avec E = 1 MV/m ; ex: moteurs à onde progressive

Question 39

magnétostriction

Answer 39

allongement d’un bareau soumis à un champ magnétique longitudinal, striction si champ transversal et réciproque: aimantation si déformation. Deformation de 1000 parties par million avec B=1T (difficile). Ex : hydrophone ou transduxteur sonar