circuit magnétique

Un circuit magnétique est un chemin complet à travers lequel le flux magnétique circule, de la même manière que le courant électrique circule dans un circuit électrique. Le chemin est formé par des matériaux ferromagnétiques (fer, acier, nickel) qui conduisent le flux magnétique beaucoup plus efficacement que l'air ou les substances non magnétiques. Dans un transformateur ou un moteur électrique typique, le circuit magnétique est constitué du noyau de fer qui relie les enroulements, permettant au champ magnétique généré par une bobine de se coupler efficacement à une autre.

L'efficacité d'un circuit magnétique dépend de sa réluctance, qui est l'équivalent magnétique de la résistance électrique. La réluctance augmente avec la longueur du chemin et diminue avec une plus grande section transversale et une perméabilité plus élevée du matériau du noyau. Les noyaux de fer ont généralement des valeurs de perméabilité 100 à 5000 fois supérieures à celles de l'air, c'est pourquoi l'enfermement des bobines dans du fer plutôt que de les laisser à l'air produit des champs magnétiques beaucoup plus puissants et mieux contrôlés. Les entrefer dans un circuit magnétique, même petits, augmentent considérablement la réluctance et réduisent la densité de flux.

Dans les dispositifs pratiques, la conception des circuits magnétiques implique des compromis entre la saturation du noyau et l'efficacité. Si le noyau de fer est trop sollicité (trop de courant ou une fréquence trop élevée), il sature : la perméabilité chute brusquement et une force magnétisante supplémentaire produit peu de flux additionnel. Cela provoque une surchauffe, une réduction de la puissance et du bruit. Les concepteurs choisissent les matériaux du noyau, les sections transversales et les longueurs pour maintenir l'intensité du champ magnétique (H) dans une région où le matériau fonctionne linéairement sans pertes excessives.

La ferrite et l'acier laminé sont des matériaux de noyau courants. Les noyaux laminés, constitués de fines tôles d'acier isolées les unes des autres, réduisent les pertes par courants de Foucault dans les applications CA. La ferrite (un matériau magnétique céramique) fonctionne bien aux hautes fréquences car elle a une conductivité plus faible, limitant les courants de Foucault indésirables. Les noyaux en poudre de fer offrent une perméabilité réglable et sont utilisés dans les inductances où un certain effet d'entrefer est souhaité.

Le concept s'étend au-delà des simples transformateurs. Dans les machines tournantes, le chemin du circuit magnétique passe généralement par le stator et le rotor, l'entrefer entre eux transportant le flux de travail. Dans les relais et les électroaimants, le chemin du circuit doit se fermer lorsque la bobine est sous tension, et la qualité de cette fermeture détermine la force de maintien et la fiabilité de la commutation. Une mauvaise conception du circuit magnétique (matériaux incorrects, entrefer involontaires, section insuffisante) est une cause fréquente d'électroaimants faibles et de dispositifs inductifs inefficaces.