Cours de Machines Electriques AC Licence LMD

Dr. BENSAID S. UNIVERSITE AMO BOUIRA
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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DE BOUIRA
FACULTE DES SCIENCES ET DES SCIENCES APPLIQUEES
DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE
Cours de Machines Electriques AC
Licence LMD - Réseaux électriques
2013/2014
Dr. BENSAID. S.
e-mail : [email protected]
ou [email protected]
Contenu du cours :
I. Considérations générales
- Rappel des lois et concepts l’électromagnétisme - Principaux types de machines électriques à courant
alternatif - Composants des machines électriques - F.E.M dans les enroulements des machines à
courant alternatif - F.M.M des enroulements des machines à courant alternatif - Enroulement et
bobinage
II. Machine synchrones :
II.1 Alternateur
- Constitution - Excitation et réaction d’induit - Classification des Alternateurs - Différents
essais et diagrammes, bilan énergétique - Mise en fonctionnement (couplage au réseau, marche en
parallèle, alternateur autonome)
II.2 Moteur synchrone
- Principe et caractéristiques - Essais, diagrammes et bilan énergétique - Modes de démarrage -
Marche en compensateur
III. Machines asynchrones triphasés
III.1. Moteur asynchrone
- Principe, constitution et types - Schéma équivalent et caractéristiques - Diagrammes du cercle
- Démarrage, freinage et réglage de la vitesse
III.2 Générateur asynchrone
- Fonctionnement - auto amorçage
IV. Machines spéciales

Références bibliographiques
1. Francis MILSAN, Machines électriques : T.1: Cours d'électrotechnique, transformateur, réseaux
électrique, Ellipses 1990.
2. Francis MILSAN, électrotechnique T3: Machines électriques Machines Synchrones Et
Asynchrones Commande Électronique, édition Marketing 1991
3. Robert PERRET et autre, Entraînements électriques 2 : Machines électriques industrielles, Hermès
– Lavoisier 2007.
4. A. FOUILLE, Electrotechnique à l'usage des ingénieurs : machines électriques, tome 2 - Paris :
Dunod, 1969
5. J.L.Dalmasso, Cours d'électrotechnique: T.1: Machines tournantes à courant alternatif, edition
BELIN 1995
6. Philippe Barret, Machines électriques théorie et mise en œuvre, Ellipses, 2002
7. A. E. Fitzgerald & all, Electric Machinery , sixth edition McGraw-Hill 2003
8. Luc Lasne, EXERCICES ET PROBLÈMES D’ÉLECTROTECHNIQUE : Notions de base et
machines électriques, édition Dunod 2005.
9. Sophie Labrique : "Convertisseurs d'énergie et Actionneurs".
http://sites-final.uclouvain.be/lei/multimedia/home.html
10. M. BRUN, machines à induction, Polycopie del’INSA Lyon, 1985.
http://docinsa.insa-lyon.fr/polycop/download.php?id=105942&id2=1

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I. Considérations générales
I.1. Rappel des lois et concepts d’électromagnétisme
I.1.1. Interactions magnétiques - Champ magnétique
I.1.1.1 Les aimants
a. Définition
Il existe dans la nature des substances qui ont la propriété d’attirer la limaille de fer. On les appelle des
aimants naturels (fig. 1.3) et on donne le nom de magnétisme à la cause de cette propriété. L’attraction se
manifeste seulement dans quelques régions qu’on appelle des pôles.
Fig I.1 Propriétés des aimants
Certains échantillons d’oxyde salin de fer sont des aimants naturels mais il est facile de réaliser des
substances ayant les mêmes propriétés que les aimants naturels. Si nous frottons une petite barre de fer
avec un aimant naturel, la barre acquiert la propriété d’attirer la limaille de fer. De même si nous plaçons
une aiguille d’acier à l’intérieur d’une bobine parcourue par un courant, nous observons que l’aiguille
s’est aimantée.
L’expérience montre que les corps susceptibles de s’aimanter ne sont pas très nombreux. Le fer, le nickel
et le cobalt par exemple sont des matériaux dits ferromagnétiques c’est-à-dire qu’ils possèdent la
propriété qu’ont certains corps de s’aimanter très fortement sous l’effet d’un champ magnétique extérieur
et de garder une aimantation importante même après la disparition du champ extérieur. À titre
d’information, cette propriété résulte du couplage collectif des spins entre centres métalliques d’un
matériau ou d’un complexe de métaux de transition, les moments de tous les spins étant orientés de la
même façon au sein d’un même domaine de Weiss.
b. Propriétés qualitatives des aimants
Il est facile de vérifier expérimentalement que tous les aimants en forme de barreau allongé ont les
propriétés suivantes :
1. Ils attirent la limaille de fer (fig. 1.3), mais cette propriété ne se manifeste presque uniquement
qu’aux deux extrémités qu’on appelle les pôles de l’aimant.
2. Leurs deux pôles ne sont pas identiques. L’un s’appelle de pôle Nord, l’autre le pôle Sud.
3. Propriété des pôles d’un aimant :

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– deux pôles magnétiques de même nom se repoussent ;
– deux pôles magnétiques de noms contraires s’attirent.
c. Constitution des aimants
Plongeons un barreau aimanté dans de la limaille de fer, nous constatons (fig. 1.3) que les deux pôles
attirent la limaille, mais qu’il n’y a quasiment pas d’attraction dans la partie médiane du barreau.
Coupons donc un barreau aimanté Nord-Sud en son milieu, nous constatons que chaque moitié est un
aimant complet possédant deux pôles. Deux pôles nouveaux - nord et sud - sont apparus de part et d’autre
de la coupure. Nous pouvons répéter autant de fois que nous le voulons la même expérience sur les
fragments du barreau, chaque fragment est un aimant complet qui, par sectionnement, donne deux
aimants complets ayant chacun deux pôles de noms contraires. Telle est l’expérience de l’aimant brisé
(fig. 1.4).
Fig I.4 Expérience de l’aimant brisé
I.1.1.2 Le champ magnétique
a. Champ magnétique - définitions
En physique, le champ magnétique ou champ d’induction magnétique ou densité de flux magnétique est
une grandeur caractérisée par une intensité, un sens et une direction, définie en tout point de l’espace, et
déterminée par la position et l’orientation d’aimants.
Fig I.5 Mise en évidence de lignes de champ magnétique par des brindilles d’acier et de la limaille. Les
lignes le long desquelles se répartie la limaille de fer sont appelées lignes de champ magnétique ou lignes
d’induction.

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Fig I.6 Lignes de champ magnétique autour d’un aimant en forme de barreau allongé ;
Le vecteur d’induction magnétique est tangent en chaque point à la ligne d’induction.
– La direction du vecteur d’induction magnétique B est tangente en chaque point à la ligne d’induction
(fig . 1.6) ;
– Le sens du vecteur d’induction magnétique B est celui des lignes d’induction d’un aimant qui sortent du
pôle nord et entrent au pôle sud ;
– L’intensité de B est donnée par la densité de lignes de champ. Elle s’exprime en Tesla.
b. Sens du vecteur d’Induction magnétique B
Revenons un instant sur l’expérience d’un aimant plongé dans de la limaille de fer (fig. 1.3 et 1.5) et
expliquons le résultat obtenu. Les grains de limaille placés dans le champ du barreau s’aimantent par
influence ; chaque grain devient un petit aimant qui s’oriente dans la direction du vecteur d’induction
magnétique B. Les attractions entre pôles de noms contraires disposent bout à bout les grains successifs et
dessinent les lignes du spectre magnétique. Ces lignes s’appellent les lignes de champ du champ
magnétique ou lignes d’induction et on constate que, à l’extérieur d’un aimant, les lignes d’induction vont
du pôle nord au pôle sud. On peut reformuler cette observation en disant qu’ "à l’intérieur d’un aimant,
les lignes d’induction sortent du pôle nord et entrent au pôle sud"
c. Propriétés du flux d’induction
Le flux magnétique représente la quantité de lignes de champ qui traverse une surface.
Le flux magnétique  à travers une surface S quelconque (par exemple celle de la figure 1.7(a)) vérifie la
relation :
où n est la normale à la surface élémentaire dS, c’est à dire un vecteur unitaire perpendiculaire à dS. Dans
ce cours, chaque fois que ce sera possible, nous choisirons de diriger le vecteur normal n vers l’ extérieur
de la surface.
Explication de la relation du flux : Elle veut dire que pour calculer le flux à travers la surface S, on
calcule les flux élémentaires d pour toutes les surfaces dS à l’aide de la formule
d=BndS
et qu’on les ajoute. Comme dS peut être arbitrairement petite, faire une somme sur tous les dS revient à
faire une somme continue : une intégrale.
Remarque : Une intégrale avec un produit scalaire peut paraître difficile, mais dans la pratique, on pourra
très souvent calculer d’abord le produit scalaire avant de faire l’intégrale. L’intégrale sur toute la surface
sera souvent remplacée par une intégrale sur des angles.