aimant de champ

Un aimant d'excitation est un aimant permanent ou un électroaimant installé dans une machine électrique tournante pour créer le champ magnétique stationnaire à travers lequel l'induit tourne. Dans les moteurs et génératrices à courant continu, l'aimant d'excitation est généralement monté sur le stator (partie fixe) et produit une densité de flux constante ou contrôlée. Ce champ constitue la base de l'induction électromagnétique : lorsque la bobine d'induit tourne à travers celui-ci, une tension est générée dans les génératrices ou un couple est produit dans les moteurs.

Les aimants d'excitation se présentent sous deux formes principales. Les aimants d'excitation permanents, généralement fabriqués à partir d'alnico ou de céramiques de ferrite, sont fixes et ne nécessitent aucune alimentation électrique. Les électroaimants, constitués de bobines enroulées autour d'un noyau de fer, permettent d'ajuster l'intensité du champ en faisant varier le courant dans la bobine, ce qui offre un meilleur contrôle de la vitesse du moteur ou de la puissance de la génératrice. Les aimants alnico conservent leur force jusqu'à environ 450 °C, tandis que les céramiques de ferrite sont moins chères mais plus faibles et plus fragiles. Le choix dépend de la puissance nominale de la machine, du cycle de service et de la nécessité d'un ajustement du champ.

La force d'un aimant d'excitation est évaluée en gauss ou en tesla. Un petit moteur à courant continu typique peut utiliser un aimant d'excitation produisant 0,3 à 0,8 tesla, tandis que les machines industrielles plus grandes peuvent dépasser 1,2 tesla. La densité de flux doit être suffisamment forte pour produire un couple ou une tension utile sans saturer le noyau de fer, ce qui gaspille la force magnétomotrice et génère de la chaleur. Au fil du temps, les aimants d'excitation permanents peuvent perdre de leur force en raison des vibrations, des cycles de température ou des chocs mécaniques, réduisant ainsi l'efficacité de la machine.

Aimants d'excitation en pratique

Dans les moteurs à courant continu à excitation série, la bobine d'excitation transporte le même courant que l'induit, de sorte que l'intensité du champ varie avec la charge, limitant naturellement la vitesse sous de faibles charges. Dans les moteurs à excitation shunt, le champ est connecté en parallèle à l'alimentation de l'induit, maintenant le champ approximativement constant. Les moteurs à excitation composée utilisent à la fois des enroulements série et shunt pour combiner les avantages de chacun. Les moteurs à courant continu sans balais à aimants permanents ont remplacé de nombreuses conceptions d'électroaimants dans les applications modernes car ils éliminent le besoin de balais de collecteur et réduisent la taille.

Les dommages aux aimants d'excitation se manifestent généralement par une perte de puissance de sortie, une surchauffe ou une incapacité à atteindre la vitesse nominale. Dans les machines à aimants permanents, cela indique une dégradation de l'aimant ou une perte de contact mécanique avec les pièces polaires. Dans les électroaimants, les circuits ouverts dans l'enroulement d'excitation ou la perte de courant d'excitation sont des défauts courants. Les aimants d'excitation ne sont pas remplaçables sur site dans la plupart des moteurs ; le remplacement nécessite généralement le retrait et le démontage du cadre du stator, ce qui rend économiquement préférable de retirer ou de rembobiner la machine entière.