Les circuits magnétiques en régime sinusoïdal : bobine à noyau de fer

Les applications industrielles mettent en œuvre l’énergie électrique sous forme sinusoïdale. Vus les niveaux de puissance, les tensions et courants sont importants. Les études générales sur les matériaux ferromagnétiques ont montré des comportements non linéaires alors qu’ils sont exploités jusqu’à la saturation : il faut décrire les comportements issus de ce phénomène.
Après une brève définition de la bobine à noyau de fer (BNF), les circuits magnétiques sont étudiés dans un comportement linéaire. On tient compte cette fois-ci de la résistance de l’enroulement, de l’inductance propre et de l’inductance matérialisant les fuites magnétiques. Ces paramètres sont rassemblés dans un modèle linéaire de la BNF.
Lorsque la BNF est alimentée sous tension sinusoïdale, on observe que les chutes de tension dues à la résistance et à l’inductance de fuite sont faibles vis à vis de la tension émanant du flux. L’hypothèse de Kapp traduit cette approximation pour permettre une expression sinusoïdale du flux et du courant. C’est un moyen pratique de relier l’induction et la tension comme le traduit la relation de Boucherot.
Même si elle apporte des résultats intéressants, l’approche linéaire demeure satisfaisante pour représenter le comportement de la bobine à noyau de fer dans le domaine saturé. L’observation du courant dans la BNF saturée montre qu’il n’est pas sinusoïdal. Pour affiner le modèle, on effectue une analyse énergétique passant par la description des puissances dans les matériaux magnétiques. Aux imperfections déjà envisagées viennent donc s’ajouter les pertes dues aux courants induits (de Foucault) et par hystérésis. Cette analyse globale intégrant les pertes conduit à un nouveau modèle de la BNF plus proche de la réalité.
Le document s’achève sur quelques descriptions technologiques de la bobine à noyau de fer.