Électromécanique Flashcards
dispositif convertisseur électromécanique
au moins un accès électrique et un accès mécanique (2 corps pouvant se déplacer / l’autre)
types de mouvement
rotatif (à mouvement permanent, à débattement limité, à rotor) et linéaire (électroaimant)
fourchette de puissance d’un convertisseur électromécanique
1W à 1GW
fourchette de rendement d’un convertisseur électromécanique
de 0,8 (petits convertisseurs) à 0,99
fourchette de densité de puissance d’un convertisseur électromécanique
1 kW/kg à 10 kW/kg
vitesse de rotation max d’un convertisseur électromécanique
jusqu’à 20 000 tr/min
Pe + et Pm +
fonctionnement moteur ; pn électrique fournie au convertisseur et pn mécanique fournie par le convertisseur ; rdt = Pm/Pe
Pe - et Pm -
fonctionnement générateur ; pn électrique fournie par le convertisseur et pn mécanique fournie au convertisseur ; rdt = Pe/Pm
Pe + et Pm -
fonctionnement frein ; pn dissipée par le convertisseur = Pe+Pm
types de pertes sur un convertisseur électromécanique
effet Joule ; hysteresis ; courants de Foucault; frottements
formule de la capacité d’accélération (rotation)
J*dΩ/dt = Cm-Cr avec J moment d’inertie en kg.m^2
formule de la capacité d’accélération (translation)
M*dV/dt = Fm-Fr
types de sources de champ magnétique
courant externe (toujours) ou induit, ou aimant
formule de la tension Ui aux bornes d’un enroulement
Ui = Ri Ii + dΦi/dt avec Φi = Σ Lij(θ)Ii
formule énergie électrique We entrant dans le convertisseur pendant dt
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)
formule de dWm sur un convertisseur sans aimant
dWm = 1/2 * ΣiΣj [d(θ)δLij(θ)IiIj/δθ] et dWm = Pm dt = CmΩ dt = Cmdθ/dt = Cmdθ
formule de Cm et conclusions sur conditions du couple pour un convertisseur sans aimant
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
étude au premier harmonique et conclusions d’asservissement pour Cij
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)
définition du convertisseur à une source de champ et conclusions sur l’architecture
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
Cm pour un convertisseur à une source de champ
Cm = 1/2 δL(θ)*Ii^2 / δ(θ)
types de convertisseurs à une source de champ
convertisseur oscillant; machine à reluctance variable ; injecteur
machine à reluctance variable
plusieurs enroulements (bobinage) dans le stator , couple non nul quelle que soit la position; alimentation successive dans le sens de la rotation
convertisseurs à deux sources de champ : 3 cas possibles
ω(s) = 0 ; ω(r) = 0 ; ω(s) et ω(r) =/= 0
convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) = 0
machine synchrone à rotor bobinés ; DC au rotor ; ω(s) = pΩ ; souvent mode générateur
convertisseur à deux sources de champ: cas ω(s) = 0
machine à courant continu à indicateur/stator bobinés; AC dans enroulements rotor ; DC au stator et au rotor et le collecteur créé AC
convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) et ω(s) =/= 0 et courants externes
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
convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) et ω(s) =/= 0 et courants induits (mvt de rotation)
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)
convertisseur à deux sources de champ: cas ω(r) et ω(s) =/= 0 et courants induits (mvt de translation)
lanceur électromagnétique à induction ou actionneur linéaire à induction
formule couple Cm en présence d’un aimant
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
couple Ci produit par un aimant et un courant et conclusions
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
périodicité de Ci pour un convertisseur à aimant
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
types de convertisseurs à aimant
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
utilisation de champs électriques: expression de Cm
Cm = dWelec/dθ avec Welec énergie stockée dans le convertisseur
comparaison champ magnétique/ électrique
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
courbe de Paschen et conclusions
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
applications microconvertisseurs
injecteur pour imprimantes à jet d’encre; accéléromètre; déplacement de miroirs pour les pixels de vidéoprojecteur
matériaux électro-actifs
piezo électricité et magnétostriction
piezo électricité
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
magnétostriction
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
