Nous vous proposons sur cet article quelques définitions des termes régulièrement employés en électro-magnétisme. Ces notions n'ont rien d'encyclopédique, ce n'est pas notre but. Ce sont juste des bases nécessaires à la compréhension.


Sommaire :

1 _ le champ magnétique ;

2 _ les lignes de forces ;

3 _ le flux de force ;

4 _ l'électro aimant ;

5 _ induction magnétique ;

6 _ induction électrique ;

7 _ constitution des générateurs ;

8 _ l'inducteur ;

9 _ l'induit ;

10 _ la régulation ;

11 _ classification des machines :

a _ Dynamo ;

b _ Alternateur ;

c _ Magnéto à volets ;

1 ) Le champ magnétique :

Les aimants ont la propriété d'attirer certains matériaux comme le fer.
Le champ magnétique désigne la zone d'influence dans l'espace de cette attraction.
Les aimants disposent de deux pôles opposés appelés Nord et Sud. Une aiguille de boussole placée dans le champ magnétique de l'aimant s'orientera entre les pôles selon la direction de ce champ.

Les corps attirés par les aimants sont dits magnétiques (le fer, l'acier, la fonte) ; par opposition ceux qui ne le sont pas sont appelés amagnétiques (cuivres et alliages, aluminium).


2 ) Les lignes de forces :

Le champ magnétique fournit par un aimant se réparti non uniformément selon la matière traversée.
Le champ magnétique se concentre dans les matériaux magnétiques et se disperse dans les matériaux amagnétiques et l'air.
C'est l'organisation de lignes magnétiques entre les deux pôles que l'on appelle lignes de force.
Les lignes de forces traversent également l'aimant afin de constituer un circuit magnétique fermé.

Par exemple avec un aimant en forme de U (en bleu), les lignes de forces du champ magnétique (en rouge) se dispersent dans l'air entre le pôle nord et le pôle sud, avant de revenir du sud au nord au sein de l'aimant.


L'image de gauche illustre la répartition de ces lignes de force en appliquant de la limaille de fer sur une simple feuille de papier disposée au dessus d'un aimant.






Si nous intercalons un morceau de fer doux (en gris), les lignes de forces se concentrent dans le barreau.

L'espace libre existant entre le barreau et les pôles de l'aimant est appelé entrefer.


3) Flux de force :

On nomme flux de force l'ensemble des lignes de force passant par une surface considérée.


4 ) L'électro aimant :

Les électro aimants sont des aimants créés par le courant électrique passant dans un circuit conducteur enroulé autour d'un noyau en matériau magnétique.
C'est un aimant temporaire.
L'enroulement conducteur est un solénoïde. Le champ magnétique obtenu dépend des qualités du noyau, du solénoïde et du courant mis en œuvre.

Les pôles d'un électro-aimant sont donnés par deux moyens mnémotechniques :

• si on tient le solénoïde de la main droite, les doigts dans le sens de la différence de potentiel (positif au poignet et négatif au bout des doigts), alors le pouce indique le nord ;
• si on regarde dans l'axe de l'enroulement, le nord est vers soi quand le courant progresse en sens antihoraire dans les boucles.

5 ) L'induction magnétique :

Quand on fait varier le flux de force dans une boucle d'un circuit conducteur fermé, il se produit un courant électrique dans cette boucle.
Le sens de la variation magnétique impose le sens du courant électrique induit.


6 ) L'induction électrique :

Quand on fait varier un courant électrique dans le voisinage d'un circuit électrique, il se produit un courant induit d'autant plus grand que la variation est forte.


Nous avons à présent de quoi définir les montages permettant de se servir de ces propriétés physiques.


7 ) Constitution des machines de production électriques :

Les machines de production électriques transforment une énergie mécanique fournie en électricité.
Quelle que soit leur complexité, elles comprennent toujours trois éléments :

• un inducteur, créant le champ d'induction magnétique ;
• un induit, siège de la force électromotrice induite, créant un courant électrique ;
• une régulation.

C'est l'organisation des éléments fixes et des éléments tournants qui va définir le nom du générateur.


8 ) L'inducteur :

Son rôle est de fournir un champ magnétique. Il est donc constitué d'un aimant.
Selon les choix techniques, l'aimant peut être permanent, constitué d'acier trempé en U comme pour les magnétos ou de matières magnétiques agglomérées ; l'aimant peut également être un électro-aimant.
Sa forme et celle des autres éléments de la machine permettent de fermer le circuit des lignes de forces afin d'avoir le flux le plus dirigé et utile possible.


9 ) L'induit :

Son rôle est de transformer des variations de flux magnétique en variations de courant électrique. Il est donc constitué d'un circuit électrique conducteur supporté par un noyau.
A l'entrefer près, l'induit fait partie et ferme le circuit magnétique de l'inducteur.


10 ) La régulation :

Afin de faire varier la production du générateur, on peux modifier les paramètres suivants :

• flux magnétique ;
• induction électrique ;
• vitesse de rotation donc vitesse de variation du flux magnétique.

Par exemple, un régulateur de tension électro-mécanique à un étage :
 


11) Classification des machines :

Les générateurs électriques peuvent être classifiés selon l'organisation de leur induit et inducteur :

• alternateur : l'induit est fixe, l'inducteur est rotatif ;
• dynamo : l'inducteur est fixe, l'induit est rotatif ;
• magnétos à volet : les deux sont fixes, l'entrefer est variable.

11 a ) La dynamo :



Ces schémas montrent l'implantation de l'inducteur (masses polaires fixes) et de l'induit (rotor bobiné).
En rouge se trouve souligné le trajet d'un boucle sur le rotor.

Sur le schéma de principe à droite, nous avons représenté une boucle en rouge.
Le rotor est en rotation selon l'axe oo', les contacts en a et b fournissent une tension unidirectionnelle par l'entremise du système de redressement dynamique, les balais.

La régulation peut être obtenue par modification de l'induction électrique (un troisième balai applique une tension dans l'induit), par modification de l'induction magnétique (variation de la tension appliqué à l'inducteur), par régulation de la vitesse de rotation.



11 b ) L'alternateur :


Ce schéma montre la disposition du solénoïde inducteur sur le corps du rotor. L'enroulement concentrique disposé sur le noyau et le mouvement de rotation ont un axe commun. Cette disposition favorise la tenue aux grandes vitesses du bobinage.
Les épanouissements polaires du noyau sont nommés griffes.
Les bobinages de l'induit sont disposés dans les encoches d'un cylindre creux formé de tôles feuilletées. L'imbrication des enroulements permet d'avoir une même variation de flux dans tous les faisceaux.
L'alternateur nécessite l'emploi de redresseurs à semi-conducteurs pour obtenir une tension continue.
La régulation peut se faire par modification de l'induction magnétique ou par modification de la vitesse. Dans certains cas la régulation est obtenue par redressement commandé ou par variation d'inductance.


11 c ) La magnéto à volets :

Le schéma montre la disposition de l'inducteur fixe (aimant permanent en U) et de l'induit fixe (double bobinage sur noyau en U). L'axe du rotor porte deux segments magnétiques, les volets.
La rotation des volets détermine les variations de flux magnétique en modifiant le parcours des lignes de force entre l'inducteur (pôle Nord et pôle Sud) et les masses polaires de l'induit (m).
Selon leur position les volets favorisent le passage complet du flux entre les pôles de l'inducteur ou entre un pôle inducteur et un pôle de l'induit. Le flux est maximum dans l'induit en position II et IV.
La forme en U des deux éléments fixe permet de fermer le circuit magnétique.
La régulation est obtenue par modification de la vitesse d'entrainement.



Crédit bibliographique :

• "Cours de technologie automobile", Y. Dhermy, Ed. Dunod 1961 ;
• "Equipements et circuits électriques", F. Touache et R. Torri, Ed. Foucher 1980.