Le Transformateur

Le Transformateur 1 Le contexte 2 Repérages et notations 3 Le transformateur parfait 4 Les transformateurs spéciaux 5 Le transformateur réel 6 Essais sur le transformateur 7 Mise sous tension

Le contexte Qu’est-ce qu’un Transformateur ? Quand l’utilise-t-on ? Quelles sont ses propriétés essentielles ? Comment est-il fabriqué ?

Qu’est-ce qu’un transformateur ? C’est un convertisseur statique destiné à modifier l’amplitude des signaux ALTERNATIFS tout en conservant la même fréquence. Il est aux systèmes électriques ce qu’est le réducteur aux systèmes mécaniques.

Qu’est-ce qu’un transformateur ? Primaire Alimentation Secondaire Utilisation u1 i1 u2 i2 source charge Tension U1 Courant I1 Fréquence f1 Tension U2  U1 Courant I2  I1 Fréquence f2 = f1 U2 < U1  Abaisseur U2 > U1  Elévateur U2 = U1  Séparateur

Quand l’utilise-t-on ? Pour adapter la tension, le plus souvent pour l’abaisser Pour séparer galvaniquement deux circuits électriques Pour changer le nombre de phases

Quelles sont ses propriétés essentielles ? Alimenté, au primaire, par une source de tension parfaite, il se comporte, vu du secondaire, comme une source de tension quasi parfaite. La chute de tension en charge est très faible ( < 5%) Le rendement est excellent (  > 95 % ) Le coût est modéré et il est d’une très grande robustesse La gamme des puissances s’étend de 1 VA à 100 M VA Le courant absorbé à vide est très faible Le modèle du transformateur parfait rend compte de son comportement à mieux que 95% ( 19/20 ) - Lors de la mise sous tension à vide, le courant d’appel peut être très important

Comment est-il fabriqué? La carcasse magnétique est un empilage de tôles Secondaire Isolant Noyau Primaire

Repérage et notations + i1 i2 u1 u2 e1 e2 i1 i2 source charge u2 u1

Le transformateur parfait ZCh Charge I2 Source  U1 U2 I1 Pour les valeurs efficaces

Le transformateur parfait Pour les valeurs instantanées Le théorème d’Ampère donne : La perméabilité  étant infinie - m u1 = u2 i2 charge u1 - m i2 = i1 source

Le transformateur parfait - m u1 = u2 i2 charge u1 - m i2 = i1 source U1eff = 4,44 f n1 Bmax S U2eff = 4,44 f n2 Bmax S 2 I2 U1 1 U2  (imposé par U1) I1 Le transfo réel

Les transformateurs spéciaux L’autotransformateur (ATV) Le transformateur de potentiel (TP) Le transformateur de courant (TC) Transformateurs à plusieurs secondaires Transformateur d’adaptation

L’autotransformateur i1 n1 u2 i2 source n2 u1 u2 0% 100% 120%

Le transformateur de potentiel HT à mesurer Ex : 20 kV 20V V TP 1/1000

Le transformateur de courant Fort courant à mesurer Ex : 5 000 A A TC 1000/1 5 A A Courant alternatif à mesurer Pince Ampère-métrique

Le transformateur à plusieurs secondaires Ph1 neutre Ph2 u1 u2 u3 un u’2 u1 u2

Le transformateur à plusieurs secondaires 0 V 230 V 400 V 24 V -10% +10%

Le transformateur d’adaptation Source Charge u i Rg RL eg Pu Pumax = E2g/4Rg RL RLopt = Rg

Le transformateur réel Schéma « Naturel » Inductance de fuites Résistance du fil r1 r2 l1 l2 i1 u1 -mi2 i2 u2 RF u’1 LP -m u1 Inductance magnétisante Pertes fer

Le transformateur réel Schéma « simplifié » Une seule inductance pour rendre compte des fuites Une seule résistance pour rendre compte des pertes Cuivre i2 XS = ls RS -m u1 -mi2 RF i1 u1 LP iM i10 u2

Modèle simplifié de « Kapp» u2 -m u1 -mi2 i2 XS = ls RS i1 u1 U2 = OH = OK + KH = OK + LM U2 = RSI2cos(2) + XSI2sin(2) C -m.U1 U2 H -mU1 = U2 + RSI2 + jXSI2 2 U2 -m.U1 jXs.I2 A 2 Zs.I2 K H 2 jXs.I2 U2 U2 I2 O M I2 O Rs.I2 Rs.I2 L

Caractéristique en charge cos2 = 0,8 AV (K) U20 cos2 = 0 (R) cos2 = 0,8 AR (L) I2N U2N U1 = cte fP2 = cte i2

Rendement Pfer  U12 Pabs Pu = U2 I2 cos 2 Pcuivre  I22

Rendement  100 % I2N max U1 = cte fP2 = cte i2 Iopt

Essai à circuit secondaire ouvert dit « Essai à vide » Wh A V P10 = W10/T10 I10 U10 U20 ATV On règle : U10 à sa valeur nominale avec l’ATV On mesure : U20, I10, P10 On calcule : m, 10, Imag, IF, Lmag, RF,

Essai à circuit secondaire en court-circuit dit « Essai en court-circuit » W A V P1CC I1CC U1CC I2CC ATV Attention c’est un essai sous tension réduite ! Bien vérifier que l’ATV est à zéro avant de mettre sous tension On règle : I2CC à sa valeur nominale avec l’ATV On mesure : U1CC, I1CC, P1CC On calcule : 1CC, ZS, RS, XS