1

5.1- Constitution

5.2- Couplage des enroulements

5.3- Rapport de transformation et indice horaire5.4- Couplage ZigZag

COURS 05COURS 05

5.5 - Schéma monophasé équivalent

5.6 - Caractéristiques en charge

Transformateurs Triphasés

Chapitre 5- Transformateurs Triphasés

5.7 - Charge monophasée au secondaire

Page 14

2

Il est possible d ’utiliser 3 transformateurs monophasés identiques

Les flux magnétiques 1, 2, 3 sont distincts et indépendantson dit qu ’il s ’agit d ’un transformateur triphasé à flux libres

5.1-Constitution Transformateurs Triphasés

Primaire en étoile secondaire

1

2

3

Page 14

3

5.1-Constitution Transformateurs Triphasés

On dit qu ’il s ’agit d ’un transformateur à flux forcés

Circuit magnétique triphasé à trois noyaux.

BTBT BTBT BTBTHT HT HT HT HT HT

1 2 3

33

On utilise souvent des circuits magnétiques à 3 noyaux, même si les tensions appliquées ne forment pas un système triphasé équilibré, on a obligatoirement :

0321

Page 14

4

On utilise parfois des circuits magnétiques à 5 noyaux.Les 2 noyaux latéraux supplémentaires non bobinés formentun passage de réluctance faible pour le flux total, ce qui

restitue une certaine indépendance aux flux 1, 2, 3

1 2 3

5.1-Constitution Transformateurs Triphasés

Page 14

5

L ’association d ’un mode de connexion du primaire avecun mode de connexion du secondaire caractérise uncouplage du transformateur (Y Y par exemple).

Pour représenter le schéma d ’un transformateur triphasé, on établitles conventions suivantes, on note par :

A, B, C les bornes du primaire

a, b, c les bornes du secondaire

3.2- Couplage des enroulements Transformateurs Triphasés

Page 14

6

5.2- Couplage des enroulements Transformateurs Triphasés

34 Page 14Couplage étoile étoile

Il permet la sortie du point neutre très utile en B.T.

N

1n

A B C

AV

n

2n

a b c

av

N

AV

CVBV

cVbV

aV

7

5.2- Couplage des enroulements

BVCV

)( BA VV

CB VV

AC VV

VA

0

Transformateurs Triphasés

A CB

BA VV CB VV

AC VV

***

Couplage en triangle

Les trois enroulements sont en série, pas de conducteur neutre.

Page 14

8

5.2- Couplage des enroulements Transformateurs Triphasés

Chaque enroulement comprend une demie bobine sur des noyaux différents. Les f.é.m. sont déphasées de 120° électriques. Avec ce type de couplage on obtient une meilleure répartition des tensions en cas de réseau déséquilibré côté B.T.

Couplage zig - zag Page 14

9

5.2- Couplage des enroulements Transformateurs Triphasés

Couplage étoile zig - zag

a b c

AV

A B C

N* * *

1n

aV

nV

* * *22n

* * *22n

n

BV

naan VVV

BVCV

AV

nnV

aVanV

Page 14

10

5.3- Rapport de transformation et indice horaire

A

a

V

V

V

V

U

Um

1

20

1

20

Transformateurs Triphasés

Le rapport de transformation m est le rapport entre la tension secondaire à vide U20 (ou V20)et la tension primaire U1 (ou V1)

Rapport de transformation

Page 14

11

Indice horaire

A partir du couplage des enroulements primaire et secondaire du transformateur triphasé, il est possible de trouver son rapport de transformation et son indice horaire.

On considère chaque noyau et les enroulements qu ’il portecomme un transformateur monophasé parfait puis on écrit larelation entre les tensions primaire et secondaire

5.3- Rapport de transformation et indice horaire

Aj

a VemV

Page 14

12

Indice horaire

Selon le couplage choisi, le déphasage entre tensionsphase-neutre homologues (Van et VAN par ex) est imposé.

En triphasé, les déphasages obtenus sont nécessairementdes multiples entiers de 30° (/6).

5.3- Rapport de transformation et indice horaire

Page 14

13

Indice horaire

En posant l ’angle entre Van et VAN , l ’indice horaire est donc le nombre entier n tel que = n./6, avec positif,Van étant toujours prise en retard sur VAN.

varie de 0 à 330°, donc n varie de 0 à 11

VAN = aiguille des minutes placée sur 12

Van = aiguille des heures placée sur n

5.3- Rapport de transformation et indice horaire

Page 14

14

Indice horaire

Transformateurs Triphasés5.3- Rapport de transformation et indice horaire

Si OA est la grande aiguille (minutes) d ’une montre, o a la petite aiguille (heures)de cette montre, ici la montre affiche 6 heures, d ’où Yy6.

Aj

a VemV

6*6

A

BC a

b co

Page 14

15

5.3- Rapport de transformation et indice horaire

EXO 17

Transformateurs Triphasés

jeAVmaV **11Dy

35 Page 15

A CB

BA VV CB VV

AC VV

***

a

aV

*

2n

* *b c

16

5.3- Rapport de transformation et indice horaire

EXO 17

Transformateurs Triphasés

AVjemaV

6*11

1

23n

nm

11DyAV

BVCV

)( BA VV

aV

Page 15

a

aV

*

2n

* *b c

A CB

BA VV CB VV

AC VV

***

0*12

1 jeBVAVnn

aV

6**31

211j

eA

Vn

naV

jmej

enn

AVaV

6

113

12

17

5. 4- Couplage zigzag

EXO 18

Transformateurs Triphasés

11Yz

36

a b c

aV

nV

* * *22n

* * *22n

n

AV

A B C

N

* * *

1nBV

BVCV

aVAV

aV 120)( BVAV

nV

AVjemaV

18

5. 4- Couplage zigzag

EXO 18

Transformateurs Triphasés

1

2

2

3

n

nm

6*11

11YzPage 15

1122 n

BVjenBV

nnV

10

122 n

AVjenAV

naV

aVnVaV

631

22)(

12

211j

eAVn

n

BV

AV

n

naV

jeAVmaV

611

31

22

je

n

n

AVaV

CV

aVAV

aV

nV

120)( BVAV

BV

* * *22n

* * *22n

n

aV

nV

AVA B C

N

* * *

1nBV

19

5.5 Schéma équivalent au transformateur dans l ’hypothèse de Kapp

20VXI

1VR X

RI

1I

1V* *

2R 2X

2V

2I2Imm

10I

Pertes fer Puissance magnétisante

Transformateurs triphasés

37 Page 16

20

5.5 Schéma équivalent

310

10

trimono P

P

31

1U

V

Transformateurs Triphasés

Page 16

21

5.6- Chute de tension au secondaire

2222220 IjXIRVV 0 2020 cos VV

2sin222cos222 IXIRV 2202 VVV

soit

22 3 VU soit

Fonctionnement en charge

Page32 Page 16

2V

22IR

22IjX

20V

0

22I

2

22

5.6 Fonctionnement en charge

Le rendement

222222

222

3cos3

cos3

IRPIU

IUtri

F

Transformateurs Triphasés

Page 16

23

5.7 Charge monophasé au secondaire Transformateurs Triphasés

38 Page 16Exo 19

C

B

A

AV

BV

N

CV

AI

BI

CI

*

*

*

1n

2I

a

aV

N

bV

cV

Charge

b

c

*

*

*

2n

24

5.7 Charge monophasé au secondaire

Exo 19

0

0

0

111

1221

1221

CBA

AC

AB

InInIn

InInIn

InInIn

21

2

21

2

3

1

3

2

In

nII

In

nI

CB

A

On trouve:

Transformateurs Triphasés

Page 16

a

b

c

AI

BI

CI

2I1n

1n

1n

2n

2n

2n

a

C

B

A

b

c

AI

BI

CI

2I*

*

*

*

*

*

1n

2n

2n

2n

1n

1n

25

5.7 Charge monophasé au secondaire

Exo 19

0

2

1

2

1

21

2

21

2

C

B

A

I

In

nI

In

nI

On trouve:

Transformateurs Triphasés

Page 16

AV

A B C

N

* * *

1nBV

* * *22n

* * *22n

n

26

ASPECTS TECHNIQUES Surintensité lors de mise sous tension

Le cas le plus défavorable est l ’enclenchement sous tension nulle

u i

La forme de ce courant

résulte de la courbe du flux

magnétique à partir des

valeurs de la tension appliquée.

27

ASPECTS TECHNIQUES Section des colonnes

Circuit magnétique

Son rôle essentiel est de canaliser le flux et de présenter le minimum de pertes par hystérésis et courant de Foucault.

Section carré Section à 1 gradin Section à 2 gradin

Pour avoir une meilleure utilisation du fer on se rapproche d ’une section circulaire, en utilisant des architectures en gradins.

28

ASPECTS TECHNIQUES Bobinage des enroulements

1Enroulement BT prés du fer disposé sur un cylindre isolant

2Enroulement HT à l ’extérieur pour faciliter l ’isolation.

Bobinage concentrique

1

3

2

3Cylindres isolants servant d ’isoler et du support aux bobinages.

29

ASPECTS TECHNIQUES Bobinage des enroulements

Bobinage mixte

1

2

3

1

2

3

Enroulement BT en tonneau

Enroulement HT en galette

Séparations isolantes

30

ASPECTS TECHNIQUES Bobinage des enroulements

Bobinage alterné en galette

21

1 Galettes BT

Galettes HT2

Les galettes HT et BT sont alternés, l ’empilage est terminé par les galettes BT plus facile à isoler du circuit magnétique

31

ASPECTS TECHNIQUES NORMALISATION

1érelettre: Nature du diélectrique

O: Huile minérale; L: Diélectrique chloré; G: Gaz

A: Air; S: Isolant solide.

2émelettre: Mode de circulation du diélectrique

N: Nature; F: Forcé; D: Forcé et dirigé dans les enroulements.

3émelettre: Agent extérieur de refroidissement

4émelettre: Mode de circulation de l ’agent de refroidissement.

32

ASPECTS TECHNIQUES

33

Transformateur d ’interconnexion de réseau

ASPECTS TECHNIQUES

34

Circuit magnétique de transformateur triphasé à 3 colonnes

ASPECTS TECHNIQUES

35

Circuit magnétique de transformateur à 5 colonnes 450 MVA, 18/161 kV

ASPECTS TECHNIQUES

36

Transformateur triphasé 450 MVA, 380 kV

ASPECTS TECHNIQUES

37

Transformateur triphasé 250 MVA, 735 kV

ASPECTS TECHNIQUES

38

15 MVA, 11000V/2968V, Dy1/Dd0, 50 Hz, 30 tonnes

ASPECTS TECHNIQUES

39

ExerciceOn considère un transformateur monophasé dont les caractéristiques nominales sont : 230 V / 24 V - 50 Hz - 1000 VA.

On relève lors d’un essai à vide, au primaire : 230 V - 0.22 A – 17.34 W et au secondaire : 25.44 V

Un essai en court-circuit est réalisé sous tension réduite et on mesure au primaire :

13.11 V – 3.7 A – 21.68 W

40

Exercice

a) Dessinez le schéma équivalent simplifié du transformateur en précisant, pour le transformateur parfait, les expressions de la tension à la sortie et du courant entrant.

b) Déterminez l’expression de chaque élément du schéma équivalent et calculez sa valeur.

c) On branche au secondaire un récepteur d’impédance 1 et de cos = 0.8 AR. Que valent le courant et les puissances active et réactive absorbés au primaire du transformateur.

41

Corrigé

11.0230

44.25

1

20 V

Vm

1

1

2

20V

n

nV 1

VR X

1I

1V * *

2R 2

X

2V

2I2

1

2 In

n

m10I

B

a) SCHEMA EQUIVALENT SIMPLIFIE DU TRANSFORMATEUR

42

Corrigé

kP

VR 05.3

34.17

2230

10

21

k

PIV

V

Q

VX 11.1

234.17222.0230

22302

10

2

101

21

10

21

)b LES ELEMENTS DU SCHEMA EQUIVALENT DU TRANSFORMATEUR

43

Corrigé

m

Im

ccP

ccI

ccP

R

cc

16.19

7.311.0

1

68.21

12

2 22

1

2

m

Im

PccI

ccV

ccI

ccQ

X

cc

cc

35.38

7.311.0

1

68.217.311.13

111

22 2

22

2

1

22

2

)b LES ELEMENTS DU SCHEMA EQUIVALENT DU TRANSFORMATEUR

44

Corrigé

20V

XI

1VR X

RI

1I

* *2R

2V

2I2Imm

10I

2X

Z

)c

45

Corrigé)c

A

ZXZR

VI

5.24638.0819.0

44.25

6.015103.388.011016.19

44.25

sincos20

2

22

23232

2

2

2

46

Corrigé

WPPPBf

5097.49134.171

WIZRPB

7.4915.248.011016.19cos232

22

VARIZXQB

3835.246.011035.38sin232

22

VAR

QPIVQQQBB

43038334.1722.023022

2

10

2

101101

47

Corrigé

A

V

QPIIVS 89.2

230

43050922

1

2

1

2

1

1111

48