3E101 : Induction magnétique et conversion d`énergie

Intitulé de l'Unité
d’Enseignement
Champ magnétique et conversion d’énergie
Code de
3E101
l’UE
Descriptif de l’unité
Volumes horaires globaux (CM + TD + TP+ projet, autre…)
Nombre de crédits
Année de Licence
26 h CM – 26 h TD – 8 h TP
6
L3
1. Objectifs de l'Unité d'Enseignement
Cette unité d’enseignement s’articule autour de 2 parties distinctes.
La première partie du cours est intitulée « champ et induction magnétiques ». Les objectifs pédagogiques
sont les suivants :
Connaître les caractéristiques de l’interaction magnétique
Comprendre les concepts de champ et d’énergie magnétique
Savoir appliquer différentes techniques de calculs de champ magnétique
Comprendre le phénomène d’induction et ce qu’est l’inductance d’un composant
Avoir des notions sur le comportement magnétique des matériaux
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La seconde partie du cours est intitulée « conversion de l’énergie électrique ».
De très nombreuses applications industrielles mettent en œuvre des dispositifs de conversion de l’énergie
électrique. Cette conversion peut être statique et permet alors d’adapter la nature et les caractéristiques
de l’énergie électrique demandée par la charge : on peut citer en exemple le transformateur. Mais elle
peut faire intervenir des systèmes en mouvement (et en particulier, rotatifs) lorsque la charge requiert un
actionnement électromécanique : on parle alors de machines électriques tournantes.
Les objectifs pédagogiques de cet enseignement sont donc de décrire les caractéristiques des
convertisseurs et de préciser leurs conditions d’utilisation dans une chaîne de conversion de l’énergie.
2.
Contenu de l’Unité d’Enseignement
Partie « champ et induction magnétiques » : 14 h CM – 16 h TD/BE
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Interaction et champ d’induction magnétique B : Faits expérimentaux – Notion de champ
magnétique – Force de Lorentz – Force de Laplace – Boucle de courant dans un champ
magnétique – Notion de moment magnétique.
Calcul du champ B créé par des courants : Champ créé par un conducteur rectiligne infini – Loi de
Biot et Savart – Symétrie et anti-symétrie par rapport à un plan.
Théorème d'Ampère : Circulation du champ magnétique – Enoncé du théorème d’Ampère –
Applications : champ à l’intérieur d’un solénoïde infini ; champ créé par une nappe de courant
plane.
Inductance d’un circuit électrique : Conservativité du flux magnétique – Flux magnétique à travers
un contour fermé – Inductance d’un circuit électrique – Application : calcul de l’inductance d’un
solénoide – Notion d’inductance mutuelle – Energie et densité d’énergie magnétique.
Phénomène d’induction magnétique : Faits expérimentaux – Loi de Faraday – Cas d’un circuit en
mouvement – Cas d’un circuit déformable – Principe du transformateur – Origine de la f.e.m
induite, notion de champ électrique induit
Matériaux magnétiques : Notion de dipôle magnétique – Définition de l’aimantation – Equivalence
aimantation/courant électrique – Propriétés et rôle des matériaux magnétiques doux, notion de
perméabilité magnétique et de circuit magnétique– Propriétés et rôle des matériaux magnétiques
durs, notion d’aimantation rémanente.
Equations de Maxwell : Récapitulatif des relations globales de l’électromagnétisme : théorème
d’Ampère, conservation du flux magnétique, loi de Faraday, théorème de Gauss – Passage de la
forme globale à la forme locale, introduction des équations de Maxwell dans le vide et dans les
milieux matériels.
Partie « conversion de l'énergie électrique » : 12 h CM - 10 h TD - 8 h TP
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Le transformateur : le transformateur idéal, le transformateur réel, schéma électrique équivalent,
éléments de dimensionnement
La machine à courant continu : principe de fonctionnement, schéma électrique équivalent,
caractéristique mécanique, lois de commande, domaines d’utilisation
Le moteur pas à pas : principes de fonctionnement, caractéristique mécanique, lois de
commande, domaines d’utilisation
Le moteur brushless : principe de fonctionnement de la machine synchrone, caractéristique
mécanique, loi de commande, domaines d’utilisation
3. Pré-requis
Maths : calcul vectoriel – calcul intégral – Physique : mécanique du solide rigide – structure de la
matière – circuits électriques – Electrostatique
4. Références bibliographiques
BENSON, Physique. 2. Electricité et magnétisme - Editions De Boeck
G. SEGUIER, F. NOTELET, Electrotechnique Industrielle – Lavoisier, Tec et Doc