les dispostif elelctromecanique

1. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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1-1.Introduction
Un convertisseur électromécanique est un dispositif réalisant une transformation réversible
de l’énergie électrique en énergie mécanique. Il crée des couples ou des forces : par
interaction de champs magnétiques, par action d’un champ sur un matériau ferromagnétique.
1-2.Convertisseurs électromécanique [1]
Un convertisseur électromécanique assure la conversion réciproque d'énergie électrique en
travail mécanique de translation et le plus souvent encore, de rotation. Ces deux formes
d'énergie ne sont pas stockables.
La conversion se fait donc en passant par une forme d'énergie intermédiaire stockable.
Cette forme intermédiaire peut être électrostatique ou électromagnétique .En fait la plus
grande partie de la conversion de l'énergie électromagnétique.
Car on ne sait pas stocker dans la matière de quantités suffisantes d'énergie électrostatique
pour produire des forces mécanique de forte intensité.
La conversion d'énergie électromécanique (moteur) et la conversion d'énergie mécanique-
électrique (générateur) sont possibles dans le mêmes structures de machine tant sur le plan
physique que sur le plan technologique .les convertisseurs électromécanique sont réversibles.
Dans la suit .Sauf induction explicite contraire, On raisonnera sur un fonctionnement moteur.
Figure (1-1)
Figure (1-1) : La conversion électromécanique

2. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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1-3.Les Propriétés générales de la conversion électromécanique [1]
La conversion électromécanique présente des caractères communs à la plupart de Ses
applications. Parmi celles-ci, on peut relever :
 Le rendement énergétique généralement élevé.
 La réversibilité, Le même système permet aussi bien une conversion électromécanique
qu'une transformation en sens inverse.
 L'absence de nuisances.
 La fiabilité et la durée de vie.
 La gamme étendue des puissances allant de quelques PW à plus d'un GW.
 La possibilité d'assurer, en plus d'une conversion d'énergie, une conversion d'information.
Certaines contraintes limitent cependant l'emploi de ce mode de conversion. On peut citer :
 La dépendance d'un réseau d'alimentation. Il n'est que rarement possible de Transporter la
source d'énergie électrique (générateur, batterie d'accumulateurs, Etc.) De façon
indépendante, pour des systèmes de puissance importante;
 La puissance par unité de volume ou de masse est moins élevée que pour certain Systèmes
hydropneumatiques, mécaniques ou thermiques.
 Les systèmes électriques présentent un danger d'électrocution pour l'homme.
1-4.Les Caractères de la conversion électromécanique [1]
L'étude de la conversion électromécanique est basée sur le principe de conservation de
l'énergie. Celui-ci fait appel à une forme intermédiaire d'énergie. Il s'agit d’énergie
électromagnétique ou de sa forme homologue, la Co énergie magnétique.
Une force électromécanique résulte de trois formes possibles d'interaction:
 L'interaction entre deux courants.
 L'interaction entre un courant et un circuit ferromagnétique.
 L'interaction entre un aimant permanent et un courant ou un circuit ferromagnétique.
Les diverses grandeurs associées aux systèmes électromécaniques peuvent être exprimées
dans deux modèles différents :
 Le tenseur de Maxwell au niveau local.
 La dérivée de l'énergie au niveau des circuits électriques.

3. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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1-5.Les différents types de convertisseurs électromécaniques [2]
1-5-1.Classification d'après le principe de mise en œuvre
A. Les convertisseurs électromagnétiques
Dans un convertisseur électromagnétique, les interactions entre phénomènes électriques et
mécaniques sont liées, comme nous l'apprend la physique :
À la force qui s'exerce sur un conducteur parcouru par un courant lorsque ce conducteur est
placé dans un champ magnétique engendré par d'autres courants ou par des aimants
permanents (loi de Laplace) et à la tension induite dans ce conducteur s'il est mis en
mouvement (La force de Lorentz).Figure (1-2)
Figure (1-2): Effets électrique et mécaniques sur un conducteur parcouru Par un courant i et
soumis à un champ magnétique 𝐵⃗
À la force qui s'exerce sur une pièce en matériau ferromagnétique lorsque le courant dans une
ou plusieurs spires N engendre un champ magnétique 𝐵⃗ et à la tension qui apparaît dans cette
ou ces spires en raison de la ou des variations de flux que le mouvement de la pièce en
matériau ferromagnétique N engendre. Figure (1-3)
Figure (1-3) : Effets électrique et mécaniques dus à
un corps ferromagnétique soumis un flux 𝟇

4. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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B. Les convertisseurs électrostatiques:[1]
Un système électrostatique de conversion d'énergie électromécanique est formé d'un
ensemble de sources de tension alimentant un ensemble de circuits électriques capacitifs
déformables. Un exemple simple peut être donné par un condensateur plan dont une des
plaques est mobile. Figure (1-4).
Figure (1-4) : Principe d’un système électrostatique
De façon générale, les systèmes électromécaniques de caractère électrostatique présentent
moins d'intérêt que les systèmes électromagnétiques, par suite d'une puissance spécifique très
faible.
Principe :
Un condensateur à armature mobile est alimenté par une tension alternative superposée à une
tension continue.
La variation des forces d’interaction électrostatique entre les armatures entraîne la vibration
de L’armature mobile.
C. Convertisseurs magnétostrictifs [3]
La magnétostriction utilise le changement de dimension de certains matériaux
ferromagnétique tels que le nickel ou ses alliages, le cobalt, les ferrites, etc., lorsqu’ils sont
soumis à un champ magnétique.
Un convertisseur magnétostrictif est souvent sous forme de barreau entouré d’un
solénoïde. L’application d’un courant électrique alternatif à travers le solénoïde entraîne une
variation des dimensions du barreau. L’inconvénient majeur de cet équipement est la
limitation sur la gamme de fréquence qui ne dépasse pas les 100 kHz.

5. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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D. Convertisseurs piézoélectriques[3]
Interactions entre grandeurs électriques et mécaniques dans certains cristaux déformables.
Cette conversion est basée sur la polarisation électrique Q de certains matériaux sous l’action
de contraintes mécaniques, et inversement sur la déformation sous l’effet d’un champ
électrique.
 Si on applique une force 𝐹, il y a une déformation qui induit des moments dipolaires, donc
une polarisation électrique et par suite apparition de charges Q. Inversement, l’application
d’une tension Uc induit un champ électrique qui entraîne des contraintes donc une
déformation
Figure (1-5) : Principe de convertisseur piézoélectrique
Principe :
L’application d’une tension électrique alternative aux bornes d’un Matériau piézoélectrique
produit une déformation dynamique vibratoire De l’échantillon.
1-5-2.Classificationd'après la fonction assurée [2]
A. Convertisseurs d'énergie : générateurs et moteurs :
Un appareil à courant continu est un appareil électrique.
Les moteurs courant continus sont des convertisseurs de puissance :
 Soit ils convertissent l’énergie électrique absorbée en énergie mécanique lorsqu’ils sont
capables de fournir une puissance mécanique suffisante pour démarrer puis entraîner une
charge en mouvement. On dit alors qu’ils ont un fonctionnement en moteur.
 Soit ils convertissent l’énergie mécanique reçue en énergie électrique lorsqu’ils subissent
l’action d’une charge entraînante. On dit alors qu’ils ont un fonctionnement en générateur.

6. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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B. Actionneurs électromécaniques [2]
Les actionneurs sont des convertisseurs électromécaniques conçus pour assurer la
commande du mouvement de systèmes mécaniques à partir des grandeurs électriques qu'on
impose à leurs accès électriques. Comme le mouvement d'un système mécanique est fonction
des forces ou des couples qu'on leur applique, le premier critère de conception d'un actionneur
est généralement la facilité et la précision avec laquelle on peut commander électriquement la
force ou le couple qu'il produit à son accès électrique. Un deuxième critère important est le
rapport existant entre la taille de l'actionneur et la force ou le couple qu'il peut développer : au
plus le couple développé est élevé pour une taille donnée, au meilleur est l'actionneur.
Un actionneur électromécanique n'est jamais relié directement à un générateur d'énergie
électrique. Son alimentation s'opère à travers un système de conditionnement de l'énergie
électrique (généralement un convertisseur électronique de puissance) qui permet d'adapter à
tout instant ses conditions de fonctionnement aux besoins de l'actionnement qu'il opère. Par
conséquent, des critères importants pour les générateurs et les moteurs comme :
 La possibilité d'être directement interconnectable électriquement à un autre convertisseur
électromécanique.
 La possibilité de travailler à puissance d'entrée et de sortie constantes.
Ne sont pas déterminants au niveau de la conception d'un actionneur. C'est la raison pour
laquelle, les structures des actionneurs électromagnétiques sont beaucoup plus diversifiées
que celles des générateurs et des moteurs : en dehors des convertisseurs à champ tournant et
des machines à courant continu, on trouve des actionneurs à reluctance commutée ou à flux
commuté.
C'est généralement dans le domaine de l'actionnement que l'on utilise parfois des
convertisseurs électrostatiques et des convertisseurs basés sur l'emploi de matériaux qui
réagissent mécaniquement aux grandeurs électriques comme les matériaux piézoélectriques.
Enfin, les actionneurs ne sont pas systématiquement des machines tournantes. Certains
actionneurs ont un mouvement linéaire, voire exceptionnellement un mouvement à plusieurs
degrés de liberté.

7. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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C. Capteur électromécanique [1]
Un capteur électromécanique est un transducteur qui transforme un mouvement en une
information de nature électrique. Il y a, simultanément, une conversion d'énergie mécanique
en énergie électrique. Afin de ne pas perturber le phénomène mesuré,
Cette énergie doit être la plus faible possible. Ce sont les équations dynamiques de tension qui
sont caractéristiques du fonctionnement de ces systèmes. Dans la mesure où le dispositif
d'analyse du signal capté présente une grande impédance d'entrée, le courant correspondant
peut être négligé.
Les applications des capteurs sont nombreuses dans le domaine de la technique de mesure,
le signal électrique étant particulièrement aisé à transmettre et à analyser.
Leur emploi est également fréquent en télécommunication (microphone).
D. Transducteur électromécanique [1]
Un transducteur électromécanique est un dispositif électromécanique assurant une
conversion ou un transfert de signaux. En conséquence, un transducteur électromécanique
assure simultanément une conversion d'énergie et une conversion d'information.
Le développement important du traitement de l'information par l'analyse numérique a créé,
depuis le début des années soixante, un besoin croissant de transducteurs de tous types.
1-5-3.Autres dispositifs électromécaniques
A. Relais électromécanique [4]
Un relais électromécanique est un organe très commun en électrotechnique, il est chargé de
transmettre un ordre entre la partie commande et la partie puissance d'un appareil électrique
Un relais électromécanique est doté d'un bobinage en guise d'organe de commande. La
tension appliquée à ce bobinage va créer un courant, ce courant produisant un champ
électromagnétique à l'extrémité de la bobine (il ne s'agit ni plus ni moins que d'un
électroaimant). Ce champ magnétique va être capable de faire déplacer un élément mécanique
métallique monté sur un axe mobile, qui déplacera alors des contacts mécaniques

8. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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Exemple :
1T = 1 Contact travail (pas de contact établi en position de repos).
1RT = 1 Contact ayant une position repos et une position travail.
2RT = 2 Contacts ayant chacun une position repos de une position travail.
Figure (1-6) : Figure (1-5) : Principe d’un relais électromécanique
 Avantages du relais électromécanique
Résistance de contact fermé très faible (il est moins facile de trouver des valeurs aussi
faibles avec des composants électroniques).
Très grande isolation entre circuit de commande (bobine) et circuit commuté (contacts).
B. Les contacteurs
Le contacteur assure la même fonction que le relais mais il possède un pouvoir de coupure
encore plus important grâce des dispositifs d'extinction de l'arc électrique. Le pouvoir de
coupure est particulièrement important pour la commande de charges fortement selfiques
comme les moteurs mais aussi de résistances de puissance (chauffage).
Pour ces charges l'apparition d'arcs électriques est régulière et il est nécessaire de les
interrompre (risque de destruction et d'incendie).
Figure (1-7) : le contacteur électromécanique

9. LES DISPOSITIFS ELECTROMECANIQUES CHAPITRE I
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Les contacteurs sontclasséspar classed'utilisation :
AC1 : Utilisé pour la commande de circuits résistants (résistances, lampes d'éclairage...). La
fermeture ou la coupure du circuit ne provoque pas de surintensité.
AC2 : Utilisé pour la commande de dispositifs dont la coupure peut provoquer une
surintensité dont la valeur peut dépasser 2,5 fois l'intensité nominale.
AC3 : Utilisé pour la commande de dispositifs dont la coupure peut provoquer une
surintensité dont la valeur peut dépasser 6 fois l'intensité nominale.
1-6.Conclusion:
Dans ce chapitre nous avons possédé des connaissances générales sur les convertisseurs
électromécaniques et nous avons définit la conversion électromécanique et présenté les
principes et différents types et fonctions électromécanique ....) .
Dans le prochain chapitre, nous présenterons une étude détaillée sur le contacteur.