Les transformateurs triphasés

Constitution des transformateurs triphasés On peut réaliser un transformateur triphasé en alimentant les primaires de 3 transformateurs monophasés identiques, (ici couplés en étoile pour l’exemple), par un système de tensions triphasées. Ces trois tensions étant égales en module et régulièrement déphasées de -120°, les flux des trois transformateurs seront également égaux en module et déphasés de -120°, d’où: 1+ 2 + 3 = 0 Les flux magnétiques 1, 2, 3 sont cependant distincts et indépendants, on dit qu ’il s ’agit d ’un transfo triphasé à flux libres Avec cette configuration à flux libres, on augmente l’encombrement et la masse de fer du transformateur. Cela aboutit à une augmentation des pertes fer.

Constitution des transformateurs triphasés On a cherché à rassembler ces trois transformateurs en un seul tout en conservant la symétrie des circuits magnétiques correspondants aux transformateurs monophasés. On a par exemple réalisé un circuit magnétique en étoile, les enroulements étant sur les colonnes extérieures et les flux se fermant dans la colonne centrale. 1+ 2 + 3 = 0

Constitution des transformateurs triphasés 1 2 3 Même si les tensions appliquées ne forment pas un système triphasé équilibré, on a obligatoirement lors d’un fonctionnement sur charge équilibrée: 1+ 2 + 3 = 0 (Loi des nœuds appliquée au circuit magnétique) On dit qu ’il s ’agit d ’un transformateur à flux forcés

Constitution des transformateurs triphasés On utilise parfois des circuits magnétiques à 5 noyaux. Les 2 noyaux latéraux supplémentaires non bobinés forment un passage de réluctance faible pour le flux total. t = 1+ 2 + 3 = homopolaire lors d’un fonctionnement sur charge déséquilibrée. De plus la structure à 3 colonnes est par construction déséquilibrée, en effet la reluctance du circuit magnétique vue par chaque bobine diffère suivant la colonne considérée 1 2 3

Couplage des transformateurs triphasés Comme tous les récepteurs triphasés, les bobines primaires et secondaires d’un transformateur peuvent avoir leurs enroulements couplés en étoile, en triangle ou en zig- zag. Etoile Triangle Zig-Zag Le couplage zig-zag est obtenu en divisant les trois bobines d’un enroulement en six bobines. Pour avoir une phase, on met en série deux demi-bobines prises sur des colonnes différentes en sens inverse.

Couplage des transformateurs triphasés On a intérêt à choisir: Un couplage étoile au très hautes tensions (chaque enroulement supporte une tension 𝑉= 𝑈 √3 Un couplage triangle au forts courants (l’intensité par enroulement est 𝐽= 𝐼 √3 Un couplage zig zag pour compenser des déséquilibres de phases Etoile Triangle Zig-Zag

Couplage des transformateurs triphasés L ’association d ’un mode de connexion du primaire avec un mode de connexion du secondaire caractérise un couplage du transformateur. La désignation des couplages s’effectue par un groupe de deux lettres et un nombre.   la première lettre en majuscule indique le côté HT. la deuxième lettre en minuscule indique le côté BT. le chiffre indique l’indice du couplage. En triangle, symbole D (HT), respectivement d (BT) En étoile, symbole Y (HT), respectivement y (BT) En zig-zag, symbole Z (HT), respectivement z (BT) Pour coupler en parallèle deux transformateurs triphasés, il faut que leurs diagrammes vectoriels coïncident, ce qui exige: le même rapport de transformation le même ordre de succession des phases le même décalage angulaire La même tension de court circuit 15 MVA, 11000V/2968V, Dd0, 50 Hz, 30 t

Couplage des transformateurs triphasés B C UAB UBC UCA Van Vbn Vcn Colonne 1 UCA Van UAB déphasage Vcn Vbn Transformateur Dyn11   UBC C B On trace les tensions des enroulements du primaire (ici ce sont des tensions composées). On trace les tensions dans les enroulements du secondaire (phase ou opposition de phase selon les sens des flèches et l’emplacement des points) en respectant les règles (ici dans notre cas Van en phase avec UAB, car il s’agit de la même colonne du circuit magnétique) On mesure le déphasage entre la tension simple du primaire et la tension simple du secondaire et ceci quelque soit le couplage du primaire et du secondaire). Dans le cas présent, le déphasage est de 330°. On donne alors l’indice horaire qui est 330/30 = 11

Couplage des transformateurs triphasés b c A B C Représentation conventionnelle d ’un transfo triphasé

Couplage des transformateurs triphasés

Modèle électrique des transformateurs triphasés Le rapport de transformation d’un transformateur triphasée, est par définition, le rapport entre la tension composée secondaire à vide et la tension composée primaire : 𝑚= 𝑈 𝑎𝑏 𝑜 𝑈 𝐴𝐵 a b c A B C a b c A B C 𝑚 𝑌𝑦 = 𝑈 𝑎𝑏 𝑜 𝑈 𝐴𝐵 = √3.𝑉 𝑎 √3. 𝑉 𝐴 𝑚 𝑌𝑑 = 𝑈 𝑎𝑏 𝑜 𝑈 𝐴𝐵 = 𝑈 𝑎𝑏 √3.𝑉 𝐴 𝑚 𝑌𝑦 = 𝑉 𝑎 𝑉 𝐴 = 𝑁 2 𝑁 1 𝑚 𝑌𝑑 = 𝑁 2 √3.𝑁 1 𝑚 𝑌𝑦 = 𝑁 2 𝑁 1 𝑚 𝑌𝑑 = 𝑁 2 √3.𝑁 1 𝑚 𝑌𝑑 = 𝑚 𝑌𝑦 √3 Le rapport de transformation d’un transformateur triphasée, ne dépend plus uniquement du rapport du nombre de spires, mais aussi du mode de couplage.

Modèle électrique des transformateurs triphasés Le transformateur triphasé débitant sur une charge équilibrée est équivalent à 3 transformateurs monophasés. Toutes les hypothèses faites pour le transformateur monophasé restent valables pour le transformateur triphasé par phase. n2 ls I1 I2 I2 Rs n1 V1 V1 n2 n1 I1V V2 I1F I10 n2 V1 n1 Rf Lm Chute de tension : ∆ 𝑉 2 ≈ 𝑅 𝑠 . 𝐼 2 . cos 𝜑 2 + 𝑙 𝑠 . 𝜔.𝐼 2 . 𝑠𝑖𝑛 𝜑 2 ∆𝑈= 3 .∆ 𝑉 2

Modèle électrique des transformateurs triphasés ls I1 I2 I2 Rs n1 V1 V1 n2 n1 I1V I1F I10 n2 V2 V1 n1 Rf Lm Essai à vide Essai en court circuit Rendement 𝜂= 𝑃 𝑎 𝑃 𝑎 + 𝑃 𝑗 + 𝑃 𝑓𝑒𝑟 𝑃 10 = 𝑃 𝑓𝑒𝑟 = 3.𝑉² 1 𝑅 𝑓 𝑃 𝑐𝑐 = 𝑃 𝑗 =3. 𝑅 𝑠 . 𝐼² 2𝑐𝑐 𝑍 𝑠 = √( 𝑅² 𝑠 + 𝑋² 𝑠 ) 𝜂= 3 . 𝑈 2 . 𝐼 2 .cos⁡( 𝜑 2 ) 3 . 𝑈 2 . 𝐼 2 .cos⁡( 𝜑 2 )+ 𝑃 𝑗 + 𝑃 𝑓𝑒𝑟 𝑄 10 = 3.𝑉² 1 𝐿 𝑚 .𝜔 𝑍 𝑠 = 𝑁 2 𝑁 1 . 𝑉 1𝑐𝑐 𝐼 2𝑐𝑐 𝜂 𝑚𝑎𝑥 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑃 𝑗 = 𝑃 𝑓𝑒𝑟