Circuit magnétique
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2008-07-20T17:02:03Z
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robot Ajoute: [[it:Circuito magnetico]]
{{ébauche|électromagnétisme}}
Un '''circuit magnétique''' est un circuit généralement réalisé en matériau [[ferromagnétisme|ferromagnétique]] au travers duquel circule un flux de champ magnétique
Le champ magnétique est généralement créé soit par des enroulements enserrant le circuit magnétique et traversés par des courants, soit par des [[aimant]]s contenus dans le circuit magnétique.
Lorsque plusieurs circuits électriques sont bobinés autour d'un même circuit magnétique, ils constituent des [[circuits magnétiquement couplés]].
[[Image:Planar core assembly exploded.png|thumb|350px|Vue éclatée d'une bobine plane.]]
== Constitution, fabrication ==
Il est constitué d'un assemblage de pièces en matériaux ferromagnétiques. Il peut comprendre un '''[[entrefer]]''' : petit espace d'air dans le circuit.
Cet entrefer peut être :
*structurel : c'est le cas dans les machines tournantes où le rotor est séparé du stator par un entrefer que l'on souhaite le plus petit possible ;
*intentionnel : permet d'éviter la saturation du circuit magnétique et confère une plus grande linéarité à l'[[inductance]] ainsi créée.
=== Circuit magnétique soumis à un champ magnétique indépendant du temps ===
Si le champ magnétique est constant au cours du temps, les pertes magnétiques : pertes par [[courants de Foucault]] et pertes par [[hystérésis]] sont inexistantes. Le circuit magnétique est donc souvent constitué de fer doux massif ou d'acier coulé : matériaux et modes de fabrication les plus économiques.
=== Circuit magnétique soumis à un champ magnétique périodique de fréquence faible ===
Il est nécessaire dans ce cas de limiter les pertes magnétiques.
*Les pertes par hystérésis sont limitées par l'utilisation de matériaux à '''cycle étroit'''.
*Les pertes par courants de Foucault sont limitées par un '''feuilletage''' du circuit magnétique : En remplacement d'une pièce massive, on procède à un empilage de tôles isolées les unes des autres. L'isolation a pour but d'empêcher la circulation de courants d'une plaque à l'autre.
=== Circuit magnétique soumis à un champ magnétique périodique haute fréquence ===
Les pertes par courants de Foucault augmentent en fonction du carré de la fréquence. Les circuits magnétiques utilisés en haute fréquence doivent être réalisés à l'aide de matériaux ferromagnétiques isolants.
* Les '''[[ferrite]]s''' sont des oxydes mixtes de Fer III et d'autres métaux M divalents. (M peut être également le fer. Dans ce cas le ferrite obtenu s'appelle la magnétite). Les plus utilisés pour la constitution de circuits magnétiques sont les ferrites à base de zinc (Zn) et/ou de manganèse (Mn).
* Les '''matériaux nanocristallins''' sont des agglomérats de cristaux dont la taille est de l'ordre de la dizaine de nanomètres, noyés dans une phase amorphe. Ils sont constitué de fer, d'autres métaux (cuivre, niobium) et de métalloïdes (carbone, silicium, bore). Leurs excitations coercitives étant très faibles, de l'ordre de l'A/m, ils présentent un cycle d'hystérésis très étroit.
== Analogie d'Hopkinson ==
=== Principes ===
Cette analogie consiste à faire un parallèle entre les circuits électriques et les circuits magnétiques.
{| border="1" cellpadding="15"
|-----
! Circuits électriques
! Circuits magnétiques
|-----
| Intensité du courant électrique <math> I \,</math>
| Flux du champ magnétique dans le circuit <math> \varphi \,</math>
|-----
| Résistance <math> R \,</math>
| Réluctance <math> \mathcal{R} \,</math>
|-----
| Conductivité <math> \sigma \,</math>
| Perméabilité <math> \mu \,</math>
|-----
| Force électromotrice <math> E \,</math>
| Force magnétomotrice <math> \mathcal{F} \,</math> ou <math> \sum nI \,</math>
|-----
| Loi d'Ohm <math> E = R \cdot I \,</math>
| Loi d'Hopkinson <math> \mathcal{F} = \mathcal{R} \cdot \varphi \,</math>
|}
== [[Réluctance]] d'un circuit magnétique ==
===Réluctance d'un circuit magnétique homogène ===
Pour un circuit magnétique homogène, c’est-à-dire constitué d'un seul matériau et de section homogène, il existe une relation permettant de calculer sa réluctance en fonction du matériau qui le constitue et de ses dimensions :
:<math>\mathcal{R}=\frac {1}{\mu}\cdot \frac l S \,</math> en [[henry (unité)|H]]<sup>-1</sup>
*<math>\mu \,</math> étant la [[perméabilité magnétique]] en kg·m.A<sup>-2</sup>·s<sup>-2</sup>,
*<math>l \,</math> la longueur en [[mètre]]s,
*<math>S \,</math> la section en [[mètre|m<sup>2</sup>]].
=== Réluctance équivalente d'un entrefer ===
La '''réluctance''' d'un entrefer de faible épaisseur est donnée par
:<math>\mathcal{R}=\frac {e}{\mu_0 \cdot S}\,</math> , avec :
*<math>e \,</math> épaisseur de l'entrefer,
*<math>\mu_0 \, </math> perméabilité du vide
*<math>S \,</math> section de l'entrefer
Si l'épaisseur de l'entrefer est grande, il n'est plus possible de considérer que les lignes de champ magnétique restent perpendiculaires à l'entrefer. On doit alors tenir compte de l'épanouissement du champ magnétique c'est-à-dire considérer que la section S est plus grande que celle des pièces métalliques de part et d'autre de l'entrefer.
=== Réluctance d'un circuit hétérogène ===
Les lois d'association des '''réluctances''' permettent de calculer celle d'un circuit magnétique de forme complexe ou composé de matériaux aux caractéristiques magnétiques différentes. On décompose ce circuit en tronçon homogène, c'est-à-dire de même section et constitué du même matériau.
*Association en série : Lorsque deux tronçons homogènes ayant respectivement pour réluctance <math>\mathcal{R}_1</math> et <math>\mathcal{R}_2</math> se succèdent, la réluctance de l'ensemble est <math>\mathcal{R}_{eq. serie} = \mathcal{R}_1 +\mathcal{R}_2</math>
*Association en parallèle : Lorsque deux tronçons homogènes ayant respectivement pour réluctance <math>\mathcal{R}_1</math> et <math>\mathcal{R}_2</math> sont placé cote à cote, la réluctance de l'ensemble est <math>\mathcal{R}_{eq. //}</math> telle que <math>\frac{1}{\mathcal{R}_{eq. //}} =\frac{1}{\mathcal{R}_1} +\frac{1}{\mathcal{R}_2} </math>, soit encore <math>\mathcal{R}_{eq. //}=\frac{\mathcal{R}_1.\mathcal{R}_2}{ \mathcal{R}_1 + \mathcal{R}_2}</math>.
À l'aide de ces lois on peut calculer la réluctance du circuit magnétique complexe dans son intégralité.
== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Magnétisme]]
* [[Transformateur électrique]]
* [[Bobine (électricité)]]
=== Liens externes ===
* [http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/cirmag.htm Circuits magnétiques des machines]
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[[Catégorie:Dispositif électromagnétique]]
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