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Le mystère du champ magnétique rotatif : qui a découvert ce phénomène étonnant ?
Un champ magnétique rotatif (RMF) est un champ magnétique généré par un système de bobines placées symétriquement et alimentées par un courant multiphasé. Le champ magnétique rotatif peut être généré par un courant multiphasé (deux ou plusieurs) ou, dans le cas d'un courant monophasé, par deux bobines conçues avec une différence de phase. Ce phénomène a un large éventail d’applications, notamment dans le domaine des machines électriques, telles que les moteurs à induction, les générateurs et les régulateurs à induction.
En 1824, le physicien français François Arago a proposé pour la première fois l'existence d'un champ magnétique rotatif dans une expérience utilisant un disque de cuivre rotatif et une aiguille, qu'il a appelé « rotation d'Arago ».
L'histoire des champs magnétiques rotatifs remonte au 19e siècle, lorsque plusieurs scientifiques ont étudié le phénomène. Les expérimentateurs britanniques Charles Babbage et John Herschel ont découvert qu'ils pouvaient faire tourner la plaque de cuivre d'Arago simplement en faisant tourner un aimant en fer à cheval situé en dessous. Plus tard, le scientifique britannique Michael Faraday a attribué ce phénomène à l’induction électromagnétique.
En 1879, le physicien britannique Walter Bailey a démontré un moteur à induction primitif en remplaçant l'aimant en fer à cheval par quatre électro-aimants et en commutant manuellement un interrupteur. Cette innovation a jeté les bases des recherches ultérieures sur les champs magnétiques rotatifs.
Le concept d'un champ magnétique rotatif dans un moteur à courant alternatif a été largement exploré dans les années 1780 par le physicien et ingénieur électricien italien Galileo Ferraris et l'inventeur serbo-américain Nikola Tesla. Ferraris a construit un modèle de démonstration pédagogique en 1885, bien qu'il n'en ait décrit publiquement le principe qu'en 1888. Tesla a construit un prototype réussi en 1887 et a obtenu un brevet américain en 1888.
Sur la base du principe du champ magnétique rotatif de Ferrari, Friedrich August Hazelwand a développé le premier générateur triphasé à courant alternatif en 1887. Plus tard, Mikhaïl Dolivo-Dobrovolsky développa la première source d'énergie triphasée utilisant le générateur Hazelwand et, en 1891, il construisit la première centrale électrique triphasée au monde à Francfort, en Allemagne.
Comment fonctionne un champ magnétique rotatif
Les champs magnétiques rotatifs sont le principe clé du fonctionnement des machines à induction. Un moteur à induction se compose d'un stator et d'un rotor. Dans le stator, les bobines fixes sont disposées de manière spécifique pour que le champ magnétique généré par le courant diphasé tourne à une vitesse angulaire déterminée par la fréquence du courant alternatif. Le rotor est constitué de bobines enroulées le long de fentes, qui sont court-circuitées et dans lesquelles le courant est induit par le flux magnétique changeant produit par le stator.
Bien que seulement deux bobines entraînées à 90 degrés hors phase soient nécessaires pour produire un champ magnétique rotatif symétrique, dans la pratique, trois jeux de bobines sont presque toujours utilisés pour s'adapter à un système de courant sinusoïdal alternatif triphasé symétrique. La différence de phase entre ces trois ensembles de bobines est de 120 degrés. Dans ce cas, le champ magnétique est traité comme une fonction linéaire et trois ondes sinusoïdales avec une différence de phase de 120 degrés sont appliquées pour former un vecteur rotatif avec une amplitude constante.Pour le rotor, le flux magnétique initialement généré réagira aux pôles magnétiques du stator, provoquant la rotation du rotor dans une certaine direction.
Dans ce champ magnétique rotatif, le rotor continuera à maintenir un champ magnétique constant et se déplacera de manière synchrone avec le champ magnétique du stator. Lorsqu'un aimant permanent est placé dans ce champ magnétique, il maintient l'alignement avec le champ externe. Cet effet a été utilisé très tôt dans les moteurs à courant alternatif.
Applications et développement modernes
Les applications des champs magnétiques rotatifs ne se limitent plus aux moteurs électriques. Les moteurs à induction actuels sont souvent équipés de rotors court-circuités au lieu d'aimants, ce qui permet au rotor de suivre le champ magnétique rotatif d'un stator à plusieurs enroulements. Les bobines court-circuitées sur le rotor de ce type de moteur créent des courants de Foucault dans le champ magnétique rotatif du stator, qui à leur tour génèrent une force de Lorentz pour propulser le rotor. Cette conception révolutionnaire rend les moteurs à champ magnétique rotatif modernes plus efficaces et plus fiables.
Bien que les principes des champs magnétiques rotatifs soient intemporels et que la technologie continue de progresser, les découvreurs et leurs contributions à ce domaine font encore l'objet de discussions et de controverses. Lorsque nous regardons en arrière sur cette histoire pleine d’innovation et de travail acharné, pouvons-nous définir clairement qui a été le premier découvreur à révéler le mystère du champ magnétique rotatif ?
