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Matériaux isolants
Les conducteurs sont isolés avec du papier, du coton, du bois, du PVC, du caoutchouc, des thermoplastiques . . .
Une fois la machine construite, on l’étuve afin de supprimer l’humidité puis on l’im-prègne avec des vernis ou des résines, suit éventuellement une phase de cuisson. Les différents isolants répondent à un cahier des charges incluant la valeur de la tension électrique à supporter, la température de fonctionnement, les contraintes fonctionnelles et d’agencement de l’isolant dans la machine. Tous les facteurs de vieillissement thermique, électrique, mécanique et envi-ronnementaux ont un impact sur la durée de vie de tout type de machine, mais l’importance de l’un vis-à-vis des autres varient avec le type de machine et les conditions d’utilisation. C’est la qualité de ses isolants qui fait la qualité d’une machine. C’est par vieillissement puis destruction par claquage (amorçage d’un arc à travers l’isolant) que prend fin la vie d’une machine élec-trique. La norme admet que pour les petites machines basse tension bobinées en vrac, la dégra-dation est essentiellement due à l’effet de la température et de l’environnement ; les machines de moyennes à grandes dimensions, utilisant des enroulements préformés sont également af-fectées par la température et l’environnement, mais les contraintes électriques et mécaniques peuvent également constituer un facteur de vieillissement important. La détermination de la capacité d’une machine à supporter un fonctionnement en régime permanent sous l’effet de la température est donc primordial. Cette grandeur est définie comme étant sa classe thermique ou classe d’isolation. Dans notre cas, la classe d’isolation définira la température maximale de fonctionnement des bobinages.
Eléments constitutifs des machines électriques
Pratiquement toutes les machines électriques qui transforment l’une en l’autre les éner-gies mécanique et électrique sont des machines tournantes qui comportent presque toujours un organe fixe dénommé stator et un organe mobile dénommé rotor. Ces deux organes sont sé-parés par un entrefer par l’intermédiaire des paliers qui permettent de supporter et de mettre en rotation l’arbre rotorique.
Plaque signalétique
Toute machine électrique est munie d’une plaque signalétique qui indique les caracté-ristiques nominales électriques de la machine, tous les renseignements utiles y sont répertoriés. Une plaque signalétique porte généralement les indications suivantes :
• Le numéro du modèle propre au constructeur ;
• La puissance utile délivrée sur l’arbre du moteur ;
• Le facteur de puissance qui permet de calculer la puissance réactive consommée par le moteur dans le cas du moteur asynchrone. Si le réseau à alimenter possède un facteur de puissance inférieur, il faudra soit changer de modèle d’alternateur, soit plutôt équiper le réseau de batterie de condensateur afin de remonter son facteur de puissance à une valeur supérieure à celle indiquée par la plaque signalétique ;
• Les tensions d’alimentation. La plus petite valeur indique la tension nominale pour un enroulement statorique de la machine, elle indique le couplage (étoile ou triangle) à effectuer en fonction du réseau d’alimentation.
• Les intensités en ligne en fonction du couplage étoile ou triangle ;
• Le rendement qui permet de connaître la puissance électrique absorbée par la machine;
• La vitesse de rotation nominale de l’arbre moteur qui permet de déterminer la vitesse de synchronisme dans le cas d’une machine asynchrone ;
• La fréquence des tensions devant alimenter la machine ;
• Le nombre de phases ;
• La température ambiante maximum ;
• Le service de marche
Il existe neuf types de services différents, de S1 à S9, les plus courants sont les services S1, S2 et S3.
o S1 Service continu
o S2 Service temporaire
o S3 Service périodique intermittent sans démarrage
o S4 Service périodique intermittent à démarrage
o S5 Service périodique intermittent à démarrage et freinage électrique
o S6 Service continu à charge intermittente
o S7 Service ininterrompu à démarrage et freinage électrique
o S8 Service ininterrompu à variations périodiques de charge/de vitesse
o S9 Service ininterrompu à variations non périodiques de charge/de vitesse
• Les indices de protection IP.
IP 1er chiffre.2e chiffre. Lettre additionnelle
▪ Le premier chiffre caractérise la protection du matériel contre la pénétration de corps solides étrangers.
▪ Le second chiffre caractérise la protection contre la pénétration de l’eau avec effets nuisibles.
▪ Lettre additionnelle
Elle est utilisée seulement si la protection effective des personnes est supérieure à celle
indiquée par le 1er chiffre de l’IP. Lorsque seule la protection des personnes est intéressante à préciser, les deux chiffres caractéristiques de l’IP sont remplacés par X. Exemple : IP XXB
A protégé contre l’accès du dos de la main
B protégé contre l’accès du doigt
C protégé contre l’accès d’un outil 2,5 mm
D protégé contre l’accès d’un outil 1 mm
• La masse de la machine ;
• Différentes normes, par exemple IEC 34/1 est une norme européenne permettant aux constructeurs d’harmoniser la construction des moteurs en termes de support, diamètre, hauteur, axe, . . .
Les pertes dans les machines électriques tournantes
Dans les machines électriques tournantes il existe généralement un écart entre la puis-sance absorbée et la puissance utile. Cet écart est dû aux pertes à travers les différentes trans-formations dans la machine.
Les principaux groupes de pertes rencontrées dans une machine tournante sont les suivantes :
✓ Pertes par effet joule dans les circuits électriques
✓ Pertes dans le circuit magnétique ou pertes fer
✓ Pertes mécaniques
Les pertes par effet Joules
Les pertes par effet joule se trouvent au niveau des conducteurs. Ces pertes sont dues aux pas-sages des courants dans les parties conductrices, elles sont proportionnelles au carré de l’inten-sité du courant et à la résistance du conducteur.
• Pour machine asynchrone : Pertes Joules stator (Pjs)
Pjr = 3rI²=1,5 RI²
R = résistance entre phases du stator ;
r = résistance d’un enroulement.
I= intensité en ligne
Pertes Joule rotor (Pjr)
Pjr = g Ptr
Ptr = TΩ : puissance électromagnétique transmise au rotor
g= glissement (la différence entre la vitesse de synchronisme ( ) et celle du rotor( ) défini par : = − = Ω Ω−Ω)
Ω= vitesse du synchronisme
T = couple transmis au rotor ou couple électromagnétique
• Pour le machine a courant continue :
-Pertes par effet joule dans l’induit : Son expression dépend de la résistance R du circuit induit et du courant I qui traverse ce dernier.
PjI = R I2
-Pertes par effet joule dans l’inducteur
P jex = RI2 = Uex Iex
U ex : tension aux bornes du circuit inducteur,
I ex : courant dans l’inducteur
Avec ces pertes viennent les pertes supplémentaires :
• Par effet de peau : Quand le courant est à haute fréquence, la densité du courant n’est plus uniforme dans une section droite du conducteur donc le flux propre du conducteur rejette le courant vers la périphérie de celui-ci. La résistance est alors réduite comme celle d’une cou-ronne d’épaisseur de peau. En conséquence la résistance et l’inductance augmentent pour un même courant.
• Les pertes joules supplémentaire sont dues au champ principal dans les encoches. Les divers flux dans les encoches modifient les grandeurs du courant et provoquent une augmentation de la résistance du conducteur donc des pertes dissipées dans celui-ci.
Pertes dans le circuit magnétique ou pertes fer
Les pertes fer se situent dans les parties magnétiques de la machine. On distingue les pertes par hystérésis et par courant de Foucault.
• Perte par hystérésis
Constitue de fer avec adjonction d’un petit pourcentage de silicium, les tôles soumises à des champ d’excitations magnétique alternative ont des perte par hystérésis données par la formule de Steinmetz, Wwatt/kg=η f , ou f est la fréquence et η = 5.10−2 à 1,6.10−2 selon la proportion croissante de silicium.
• Perte par courant de Foucault
Les matériaux soumis à des champs mobiles, même d’amplitude constante, ont des pertes par courants de Foucault. Wwatt/kg= γ f .
γ=17. 10−4 à 3,5 . 10−4 Selon la proportion croissante de silicium.
Les pertes mécaniques
Les pertes mécaniques sont dues à la rotation des parties tournantes dans la machine. Les na-tures de ces pertes sont :
• Les pertes mécaniques à cause des frottements dans les paliers ou dans les roulements
• Les pertes aérodynamiques provoquées par frottement de l’air
Conclusion
En général la machine électrique tournante est le dispositif de transformation d’énergie électrique en mécanique (moteur) ou mécanique en électrique (générateur), basé sur la loi d’électromagnétisme et subit des pertes à cause de ces transformations.
Nous avons ensuite présenté les deux types de machine électrique que nous avons étudié dans ce travail.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I-LES MACHINES ELECTRIQUES TOURNANTES
Chapitre I-Généralité
I- Définition
II-Les lois de l’électromagnétisme
III-Technologie des machines électriques tournante
IV-Eléments constitutifs des machines électriques
V-Plaque signalétique
VI- Les pertes dans les machines électriques tournantes
VII-Conclusion
Chapitre II-Les deux type de machine électrique tournante
I-Machines à courant continu
II- La machine asynchrone
PARTIE II- LES CAUSES DE DEFAILLANCES DES MACHINES ELECTRIQUES TOURNANTES
Chapitre I- Les défaillances dans les machines électriques
I-Quelques statistiques
II-Défaillances au stator
III-Défaillances au rotor
IV-Conclusion
Chapitre II-Les causes de défaillance
I- Les causes de défaillance au stator
II-Les causes de défaillance au rotor
III-les causes de défaillance mécanique
IV-Conclusion
PARTIE III-RECAPITULATION DES CAUSES DES DEFAILLANCES ET LES PROTECTION ET MAINTENANCES PREVENTIVES DE LA MACHINE ELECTRIQUE
Chapitre I-Récapitulation des causes des défaillances
I-1-Les causes des défaillances de stator
I-2-Causes des défaillances de rotor
I-3- les cause des défaillances mécaniques
Chapitre II-Protections et maintenance préventives de la machine électrique
II-1-Protection
II-1-1-Protection des parties sous tension
II-1-2-Protection des parties hors tension
II-2-Maintenance préventive de la machine électrique tournante
II-3-Conclusion
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
RESISTIVITE DE MATERIAUX
LA CLASSIFICATION DES ISOLANT
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