LES TRANSFORMATEURS A.BOULAL – M.ELHAISSOUF

PLAN DU COURS TRANSFORMATEUR MONOPHASE TRANSFORMATEUR TRIPHASE Introduction Constitution Modélisation Etude du rendement TRANSFORMATEUR TRIPHASE Couplage des bobines Indice horaire Couplages de deux Transformateurs triphasé en // dans un réseau électrique

TRANSFORMATEURS MONOPHASES

1- Introduction Dans un circuit électrique on a besoin d’adapter l’alimentation à l’utilisation, parmi les éléments électrique qui permettent de réaliser cette fonction on trouve le Transformateur Le transformateur est un convertisseur qui permet d’obtenir à partir d’une tension sinusoïdale de fréquence f de valeur efficace U1 une tension de même forme de valeur efficace U2 de même fréquence Figure 1

a- Principe Le principe de fonctionnement du transformateur se base sur le phénomène d'induction électromagnétique. Une bobine sous l’effet d’un champs magnétique variable produit une tension (Loi de Faraday) : V(t) : tension instantané au bornes de la bobine, N: Nombre de spire de la bobine, : flux magnétique,  : la pulsation de variation du flux magnétique. S :section du circuit magnétique

2-constitution Le transformateur est constitué par deux circuits électriques indépendants couplés par un circuit magnétique.

3 - Modélisation a- Transformateur parfait

b- Transformateur réel En réalité le transformateur pendant son fonctionnement présente : Des pertes par effet joules dû à la chute ohmique de la résistance interne des bobinages, Des fuites de flux dans le circuit magnétique Des pertes dans le circuit magnétique dites pertes Fer. La tension à la sortie du transformateur est très influencé par la nature de la charge et le courant qu’elle absorbe Un modèle électrique du transformateur prend en considération tous ces effets. (modèle de Kapp)

4-Modèle équivalent Dans le primaire Dans le Secondaire l1 et l2 représentent respectivement les inductances de fuite primaire et secondaire , r1 et r2 représentent respectivement les résistances des bobinages primaire et secondaire.

5- Schéma équivalent les équations précédentes permettent de présenter le transformateur par le schéma suivant: Ce schéma peut être simplifié en ramenant r1 et l1 au secondaire ou ramener r2 et l2 au primaire r1 l1 l2 r2 Rµ Xµ E1 mE1 V1 V2 I1 mI2 I2

6- Schéma équivalent simplifié Ramené au secondaire Avec : Ramené au primaire LS RS Rµ Xµ V1 mV1 V2 I1 mI2 I2 LP RP Rµ Xµ E1 mE1 V1 V2 I1 mI2 I2

7- Bilan de puissance La puissance apparente : S1(VA) = V1eff I1eff et S2(VA) = V2eff I2eff La puissance active absorbée: Pa = V1eff I1eff cos1 La puissance utile : Pu= V2eff I2eff cos2 Les pertes du transformateur: Pertes fer [(V1eff )2 /Rµ ] à tension et fréquences constantes; et les pertes joules Rs(I2)2 pour transfo ramené au secondaire. le rendement: =Pu/Pa

8- Détermination des éléments du schéma équivalent Essais à vide Pour déterminer les éléments du schéma équivalent on effectue deux essais : essais à vide et essais en court - circuit: Essais à vide: V1= V1n La puissance absorbée P10 = pj0+pf à vide les pertes joules sont négligeables devant les pertes fer. (I10 très inferieur devant I1n).

Essais en court-circuit : L’essais est réalisé à tension réduite V1cc très inferieure devant V1n Les pertes fer sont négligeables devant les pertes joules.

9- TRANSFORMATEUR EN CHARGE En charge le transformateur présente un chute de tension dont la valeur dépendra des éléments du transformateur, de la nature de la charge et de l’intensité du courant secondaire. mV1 V2 I2RS jI2XS I2  

10- Calcul de la chute de tension mV1 V2 I2RS jI2XS I2   V2 y On projette sur les axes x et y les différentes grandeurs du diagramme des tensions (diagramme de Fresnel). x

LE TRANSFORMATEUR TRIPHASES Constitution et couplage Indice horaire Schéma équivalent Caractéristique Rendement

Constitution Le circuit magnétique est formé de trois noyaux fermés par 2 culasses .Il est fabriqué en tôles Magnétiques feuilletées .chaque noyau porte : Un enroulement primaire Un ou plusieurs enroulements secondaires Disposition des enroulements autour du noyau

Couplages Au primaire les enroulements peuvent être connectés soit en étoile(Y) soit en triangle(D) Au secondaire les enroulements peuvent être couplés de 3 manières différentes : étoile(y), triangle(d) et zigzag(z)

Couplage - suite On obtient ainsi 6 couplages possibles entre primaire et secondaire : Y-y : étoile –étoile Y-d : étoile-triangle Y-z : étoile-zig-zag D-y : triangle- étoile D-d : triangle –triangle D-z: triangle-zigzag

Indice horaire L’indice horaire est un nombre entier compris entre 0 et 11 qui traduit le déphasage entre deux tensions primaire et secondaire homologues Pour un système équilibré triphasé le déphasage entre les tension simples est égales au déphasage entre les tensions composées homologues. Y-y 0

Exemple de détermination de l’indice horaire Y-d11 Y-z11

Schéma équivalent Le fonctionnement étant équilibré, l’étude d’un transformateur triphasé peut être ramenée à l’étude d’un transformateur monophasé équivalent par la méthode de Kapp: Quelque soit le couplage le schéma équivalent d’un transformateur triphasé est représenté par celle d’une phase soumise à une tension simple LS RS Rµ Xµ V1 V20 V2 I1 m I2 I2 m ,  Détermination des éléments du schéma équivalent Les essais étant réalisés sur un transformateur triphasé, les puissances mesurées doivent être divisées par 3 pour être utilisées sur le modèle monophasé équivalent.

Détermination de la chute de tension: On utilise la relation de la chute de tension d’un transformateur monophasé: Retranscription des résultats en triphasé: Le rendement en triphasé: Un transformateur triphasé est caractérisé par ses tensions composées primaire et secondaire sa puissance apparente S en KVA sont indice horaire ainsi que par son mode de refroidissement.

MISE EN PARALLELE DE DEUX TRANSFORMATEURS TRIPHASES Pour répondre à une demande croissante en énergie électrique on a besoin d’associer deux ou plusieurs transformateurs en parallèle. Cette association ne peut être réaliser sans satisfaire des conditions de mise en marche parallèle de deux transformateurs triphasés qui sont: Même tension primaire; Même rapport de transformation; Même groupe d’indice horaire. Respecter l’ordre des phases Pour des raisons d’optimisation du rendement les deux transformateur doivent être du même ordre de puissance

Groupes d’indices horaire Exemple de mise en parallèle de transformateur groupe 1

Autotransformateur On appelle autotransformateur, un transformateur composé d’un enroulement unique monté sur un noyau d’acier, la haute tension est appliquée à l’enroulement complet et la basse tension est obtenu entre une extrémité de l’enroulement et une prise intermédiaire. V1 I1 V2 I2 I2 -I1 A B C

Analyse du fonctionnement d’un autotransformateur Entre les points AB de N1 spires en applique la tension V1 La tension V2 est relevée entre les point CB de N2 spires Le rapport entre les deux tension est égale au rapport des nombre de spires V1 I1 V2 I2 I2 -I1 A B C Lorsqu’on met une charge entre les points BC un courant I2 circule, La partie CB du bobinage est donc traversé par le courant (I2 – I1). La fmm dans un circuit magnétique fermé est nulle donc: I1(N1-N2)=N2(I2-I1) D’où I1N1=N2I2 La puissance absorbé est égale à la puissance fournie ( pertes négligeables): Alors : V1I1=V2I2 Les relations Obtenues sont comme celles d’un transformateur conventionnel, mais avec un seul enroulement . Le autotransformateur moins encombrant moins de pertes et plus léger. L’inconvénient d’un tel transformateur est l’absence d’isolation entre le circuit primaire et le secondaire.