Le Transformateur Le Transformateur Le contexte Repérages et notations Le transformateur parfait Les transformateurs spéciaux Le transformateur réel Essais sur le transformateur Mise sous tension.
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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 u2 Tension U1 Courant I1 Fréquence f1 charge source i1 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 u1 i2 e1 e2 u2 u1 u2 charge source i1 Le transformateur parfait Charge ZCh I2 Source U1 U2 I1 d u1 e1 n1 dt u2 e2 n2 d dt u2 n2 u1 n1 U 20 n2 m n1 U10 Pour les valeurs efficaces Le transformateur parfait Pour les valeurs instantanées u2(t ) mu1(t ) Le théorème d’Ampère donne : H dl ni La perméabilité étant infinie B n1i1 n2i2 0 - m i 2 = i1 i2 - m u1 = u2 charge i1(t ) n2 i2(t ) mi2(t ) n1 Le transformateur parfait - m u1 = u2 U1eff = 4,44 f n1 Bmax S U2eff = 4,44 f n2 Bmax S 2 I2 1 U1 U2 I1 (imposé par U1) Le transfo réel charge i2 - m i 2 = i1 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 n1 source u1 n2 120% 100% u1 u2 0% Le transformateur de potentiel TP 1/1000 HT à mesurer Ex : 20 kV 20V V Le transformateur de courant Fort courant à mesurer Ex : 5 000 A 5A TC 1000/1 A Courant alternatif à mesurer Pince Ampère-métrique A Le transformateur à plusieurs secondaires u2 u1 u3 u1 u’2 u2 Le transformateur à plusieurs secondaires u2 u1 400 V 24 V 230 V -10% 0V 0V +10% Le transformateur d’adaptation Rg i eg RL u Source Charge Pu Pumax = E2g/4Rg RL RLopt = Rg Le transformateur réel Schéma « Naturel » r1 l1 Inductance de fuites i1 -mi2 u’1 u1 RF l2 r2 i2 -m u1 LP Pertes fer Résistance du fil Inductance magnétisante u2 Le transformateur réel Une seule inductance pour rendre compte des fuites Schéma « simplifié » l XS = s i1 RF i10 iM u1 -mi2 RS i2 -m u1 LP Une seule résistance pour rendre compte des pertes Cuivre u2 Modèle simplifié de « Kapp» XS = ls i1 -mi2 RS U2 = OH = OK + KH = OK + LM i2 u1 u2 -m u1 -mU1 = U2 + RSI2 + jXSI2 U2 = RSI2cos(2) + XSI2sin(2) C U2 -m.U1 U2 A 2 U2 H Rs.I2 -m.U1 jXs.I2 Zs.I2 jXs.I2 O 2 U2 K 2 H M I2 O Rs.I2 L I2 Caractéristique en charge u2 cos2 = 0,8 AV (K) U20 U2N cos2 = 0 (R) cos2 = 0,8 AR (L) U1 = cte fP2 = cte 0 I2N i2 Rendement Pfer U12 η Pu Pu Pertes Pu = U2 I2 cos 2 Pabs Pcuivre I22 U 2 .I2 .cos 2 η 2 U 2 .I2 .cos 2 P10 R SIS Rendement I opt 100 % max U1 = cte fP2 = cte I2N 0 Iopt i2 P10 RS Essai à circuit secondaire ouvert dit « Essai à vide » P10 = W10/T10 Wh A I10 ATV U10 V V U20 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 P1CC dit « Essai en court-circuit » W A I1CC ATV U1CC V A I2CC OnAttention règle : I2CC à saun valeur avec l’ATV c’est essainominale sous tension réduite ! On mesure : U1CC 1CC, P1CC Bien vérifier que, Il’ATV est à zéro avant de mettre sous tension On calcule : 1CC, ZS, RS, XS