chapitre 5 _ champs tournants

Cours 5
Terminale GET
Chapitre 5 :
magnétisme et champs tournants
A ⁄ Rappels sur le magnétisme
I ⁄ mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique
II ⁄ Application : alternateur
III ⁄ loi de Lenz
IV ⁄ flux magnétique
V ⁄ tension induite, loi de Faraday
VI ⁄ application : alternateur
B ⁄ champs tournants
I ⁄ qu’est ce qu’un champ tournant
1. première expérience
2. deuxième expérience
3. troisième expérience
4. quatrième expérience
II ⁄ principes des machines
M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95)
http://maphysiqueappliquee.free.fr
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A. Rappels sur le magnétisme
I ⁄ mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique
on approche le nord d’un aimant droit : on visualise une
tension ……positive………
On éloigne ce nord :…… on visualise une tension
négative………………………………………………
………………..
On approche un sud : :…… on visualise une tension
négative………………………………………………
…………………………………………………..
On éloigne un sud : :…… on visualise une tension
positive…………………………………………………
……………………………………………….
Dès que l’on approche ou éloigne une source de champ magnétique d’un circuit électrique fixe, le
champ magnétique qui traverse celui ci varie et il se crée aux bornes du circuits une tension : tension
induite
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II ⁄ Application : alternateur
On fait tourner un aimant droit devant une bobine
Il se crée ……………une tension alternative, quasi sinusoïdale.
……………………………………………………………………………………………………………
………………………
III ⁄ Loi de Lenz
Le courant induit, par ses effets, s’oppose à la cause qui lui a donné naissance.
IV ⁄ Flux magnétique
Le flux magnétique Φ s’exprime en
…Weber (Wb)………
A une spire de surface S, on associe un vecteur d’orientation S . Pour
cela on choisit un sens de parcours sur la spire et avec la règle
d’orientation de l’espace (règle de la main droite) on oriente S.
Le flux magnétique s’exprime par :
Φ = B×
× S × cos α
Où
Φ en Weber (Wb)
B en Tesla (T)
S en m²
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V ⁄ tension induite , loi de Faraday
La fém induite dans un circuit qui embrasse un flux ϕ qui varie en fonction du temps est égale à :
e = - dϕ
ϕ/dt
e en V
ϕ en Wb
t en s
VI ⁄ Application : alternateur
Quand l’aimant droit tourne autour de son axe , l’angle θ entre S et B évolue …sinusoïdalement…..
Or e=-dϕ/dt donc la tension induite varie ……… sinusoïdalement ………………
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B. Champs tournants
I ⁄ Qu’est ce qu’un champ tournant
1. Première expérience
•
•
•
•
•
•
L’aimant en U crée …un champ magnétique…….
Quand l’aimant reste immobile, l’aiguille aimantée s’oriente dans le sens
du …… champ ………………
Dès que l’aimant tourne, l’aiguille ……tourne…… dans le même sens
et à la même ……vitesse…..
L’aiguille entraînée par le champ magnétique (créé par l’aimant en U) tourne à la même
vitesse que ce dernier.
On dit que la rotation est synchrone.
La vitesse de rotation du champ est appelée ………vitesse de synchronisme…….que l’on
note ΩS (en rad.s-1) ou nS (en tour.s-1).
2. Deuxième expérience
•
•
•
•
•
•
Les axes de 3 bobines identiques forment entre
eux des angles de 120°.
Ces bobines sont alimentées par …un
réseau triphasé de tension…………..
L’aiguille tourne alors spontanément dans un sens
Si on inverse l’ordre des phases d’alimentation
alors l’aiguille tourne dans …le sens inverse……,
à la même vitesse.
Les trois bobines disposées à 120° l’une de l’autre et alimentées par un réseau triphasé créent
un champ magnétique tournant dont le sens dépend de l’ordre des phases d’alimentation des
bobines.
La vitesse de synchronisme ΩS varie avec la pulsation ω du réseau.
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3. Troisième expérience
•
•
•
•
On reprend le même aimant en U que précédemment et on place un disque
plein et conducteur.
Le disque …tourne…. quand l’aimant…… tourne ., dans le même sens ,
mais ……moins vite………...
Le champ tournant provoque la rotation du conducteur, mais à une vitesse inférieure à la
vitesse de synchronisme.
On dit que la rotation est ……asynchrone………….
4. Quatrième expérience
•
•
On reprend le dispositif précédent et l’on place
au milieu des bobines, un disque plein et
conducteur.
•
Ce disque tourne quand les bobines sont
alimentées mais plus lentement que l’aiguille
aimantée précédente.
•
Le sens de rotation s’inverse quand
on…inverse…deux phases du réseau
d’alimentation
Le champ tournant créé par les trois bobines provoque la rotation du conducteur, mais à une
vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme : on dit que la rotation est … asynchrone …
II ⁄ Principes des machines
•
•
•
On transpose ces résultats pour les machines électriques.
L’ensemble des lignes de champ créées par un stator de machine électrique (3 bobines à 120°
l’une de l’autre alimentées par le réseau triphasé) tourne à la vitesse de synchronisme ΩS.
La vitesse de synchronisme dépend de la pulsation ω de l’alimentation.
ω = p. ΩS
Où p est un entier (paire de pôles de la machine)
•
Les deux premières expériences illustrent le fonctionnement de la machine synchrone :
le rotor (aimant) tourne à la même vitesse que le champ créé par le stator (3 bobines…)
Les deux dernières expériences illustrent le fonctionnement de la machine asynchrone :
le rotor
(disque conducteur) tourne plus lentement que le champ créé par le stator (bobines…)
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Chapitre 5 : MAGNETISME ET CHAMPS TOURNANTS
A. Rappels sur le magnétisme
I ⁄ mise en évidence expérimentale de l’induction électromagnétique
on approche le nord d’un aimant droit : on visualise une
tension ……………………
On éloigne ce nord :…………………………..
…………………………………………………………
……………………………………..
On approche un sud : …………………………
…………………………………………………………
………………………………………………………..
On éloigne un sud : ………………………………
…………………………………………………………
………………………………………………………….
Dès que l’on approche ou éloigne une source de champ magnétique d’un circuit électrique fixe, le
champ magnétique qui traverse celui ci varie et il se crée aux bornes du circuits une tension : tension
induite
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II ⁄ Application : alternateur
On fait tourner un aimant droit devant une bobine
Il se crée
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
III ⁄ Loi de Lenz
Le courant induit, par ses effets, s’oppose à la cause qui lui a donné naissance.
IV ⁄ Flux magnétique
Le flux magnétique Φ s’exprime en
………………………
A une spire de surface S, on associe un vecteur d’orientation S . Pour
cela on choisit un sens de parcours sur la spire et avec la règle
d’orientation de l’espace (règle de la main droite) on oriente S.
Le flux magnétique s’exprime par :
Où
Φ en Weber (Wb)
B en Tesla (T)
S en m²
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V ⁄ tension induite , loi de Faraday
La fém induite dans un circuit qui embrasse un flux ϕ qui varie en fonction du temps est égale à :
e en V
ϕ en Wb
t en s
VI ⁄ Application : alternateur
Quand l’aimant droit tourne autour de son axe , l’angle θ entre S et B évolue ……………………..
Or e=-dϕ/dt donc la tension induite varie ………………………………………
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B. Champs tournants
I ⁄ Qu’est ce qu’un champ tournant
1. Première expérience
•
•
•
•
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•
L’aimant en U crée ……………………………………………….
Quand l’aimant reste immobile, l’aiguille aimantée s’oriente dans le sens
du …………………………
Dès que l’aimant tourne, l’aiguille ………………… dans le même sens
et à la même …………………..
L’aiguille entraînée par le champ magnétique (créé par l’aimant en U) tourne à la même
vitesse que ce dernier.
On dit que la rotation est synchrone.
La vitesse de rotation du champ est appelée
………………………………………………….que l’on note ΩS (en rad.s-1) ou nS (en tour.s-1).
2. Deuxième expérience
•
•
•
•
•
•
Les axes de 3 bobines identiques forment entre
eux des angles de 120°.
Ces bobines sont alimentées par …………
………………………………………………..
L’aiguille tourne alors spontanément dans un sens
Si on inverse l’ordre des phases d’alimentation
alors l’aiguille tourne dans ………………………,
à la même vitesse.
Les trois bobines disposées à 120° l’une de l’autre et alimentées par un réseau triphasé créent
un champ magnétique tournant dont le sens dépend de l’ordre des phases d’alimentation des
bobines.
La vitesse de synchronisme ΩS varie avec la pulsation ω du réseau.
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3. Troisième expérience
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On reprend le même aimant en U que précédemment et on place un disque
plein et conducteur.
Le disque ……………. quand l’aimant………………., dans le même sens ,
mais ………………………………...
Le champ tournant provoque la rotation du conducteur, mais à une vitesse inférieure à la
vitesse de synchronisme.
On dit que la rotation est …………………………………….
4. Quatrième expérience
•
•
On reprend le dispositif précédent et l’on place
au milieu des bobines, un disque plein et
conducteur.
•
Ce disque tourne quand les bobines sont
alimentées mais plus lentement que l’aiguille
aimantée précédente.
•
Le sens de rotation s’inverse quand
on………………deux phases du réseau
d’alimentation
Le champ tournant créé par les trois bobines provoque la rotation du conducteur, mais à une
vitesse inférieure à la vitesse de synchronisme : on dit que la rotation est ……………………
II ⁄ Principes des machines
•
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•
On transpose ces résultats pour les machines électriques.
L’ensemble des lignes de champ créées par un stator de machine électrique (3 bobines à 120°
l’une de l’autre alimentées par le réseau triphasé) tourne à la vitesse de synchronisme ΩS.
La vitesse de synchronisme dépend de la pulsation ω de l’alimentation.
Où p est un entier (paire de pôles de la machine)
•
Les deux premières expériences illustrent le fonctionnement de la machine synchrone :
le rotor (aimant) tourne à la même vitesse que le champ créé par le stator (3 bobines…)
Les deux dernières expériences illustrent le fonctionnement de la machine asynchrone :
le rotor
(disque conducteur) tourne plus lentement que le champ créé par le stator (bobines…)
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