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Chapitre

Machines électriquesLST GESA

TRANSFORMATEURS

Transformateur

Introduction et définitions

Transformateur idéal

Transformateur réel et circuit équivalent

Modification du circuit équivalent

Evaluation des paramètres du circuit équivalente

Transformateurs triphasé

Introduction

Transformateur

transformateur immergé

Introduction

Transformateur

Montage des enroulements

Introduction

Transformateur

Montage du noyau magnétique

Introduction

Transformateur

Structure du circuit magnétique du transformateur

Introduction

Transformateur

Travaux d’assemblage

Introduction

Transformateur

Transformateur de puissance lors des essais

Introduction

Transformateur

3 Introduction et Définitions

Les transformateurs sont des machines électriques statiques qui transforment l'énergie électrique à différentes niveaux de tension et de courant

Les Transformateurs sont utilisés pourtransférer la puissance entre deux systèmesélectriques séparés électriquement

Transformateur

Les transformateurs sont principalement utilisés dans :

• La gestion du transport et de distribution d'énergie

• la sécurité de la séparation électrique

• Les circuits de mesure

• L’alimentation des circuits électroniques

Introduction et Définitions

Transformateur

• La valeur de la tension d'un système peut être définie par des contrainteséconomiques et de rendement et par des considérations de sécurité électrique

• les valeurs de haute tension sont utilisées pour le transport des puissancesélevées

Transformateur

Utilisation des transformateurs dans un système de distribution d'énergie:

HT : Haute tension400 kV, 230 kV, 132 kV

MT–moyenne tension20 kV, 15 kV, 6 kV

BT Basse tension400/230V

Transformateur

séparation des circuits électriques de sécurité

• Les réseaux basse tension ont en un point neutre

relié à la terre

• La séparation des circuits électriques par un

transformateur permet la sécurité des personnes

Transformateur

les mesures AC

• Transformateur de mesure de tension (TT)

• Transformateur de mesure de courant (TC)

Transformateur

Les transformateurs sont composés de deux parties1) noyau ferromagnétique2) deux ou plusieurs enroulements électriques couplées magnétiquement

Le noyau ferromagnétique a pour but d'augmenter le couplage entre les enroulements

Transformateur

• Le noyau ferromagnétique est réalisé par des matériaux magnétiques doux avec des valeurs de perméabilité élevées et de faibles pertes (transformateur à noyau de fer)

• Il y’a aussi des transformateurs très spéciaux sans noyau ferromagnétique, le couplage dans l’air à haute fréquence

les enroulements sont au moins deux:

- enroulement primaire (enroulement d'excitation ou sur le côté d'entrée)

-enroulement secondaire (côté sortie)

Transformateur

• le principe de fonctionnement d’un transformateur idéal

• Hypothèses

1- Pas de pertes par effet Joule dans les enroulements

2- Pas de pertes fer

3- Perméabilité magnétique du matériau ferromagnétique

presque infinie et la reluctance est nulle

4- Aucun flux dispersée

transformateur idéal

Transformateur

transformateur à deux enroulements: enroulement primaire N1 tours

sous l'hypothèse de la perméabilité infinie la reluctance est nulle et la valeur d'inductance tend vers l'infini

Primaire2

Transformateur

enroulement primaire alimenté par une source AC

est le flux principal qui passe à travers le noyau et il varie dans le temps

en raison de la loi de Faraday-Lenz, le flux primaire va créer une

fém e1Le courant i1 primaire est nulle parce que inductance est infini

Primaire

Transformateur

Loi de Faraday/Lenz

1 11 1 1 1. . Pd d d

e N N vdt dt dt

Convention de signe passive

1 Flux de liaison primaire

Primaire

Transformateur

si une autre bobine est enroulée autour du noyau magnétique, il va être traversée par un flux en raison du couplage mutuel

si l'enroulement secondaire a la même direction que l’enroulement primaire, alors e2 aura la même polarité de v1

Primaire

Secondaire

Transformateur

pour des raisons pédagogiques, l’enroulement secondaire peut être déplacé sur l'autre colonne

Primaire

Secondaire

Transformateur

en inversant le sens de l’enroulement

PrimaireSecondaire

Primaire Secondaire

Transformateur

en adoptant pour l'enroulement secondaire la convention de signe actif, l’effet mutuel est maintenant de signe négative

2 22 2 2 2. . Pd d d

e N N vdt dt dt

2 Flux secondaire

Primaire

Transformateur

. Pde N

22 1 1

Nv v mv

m est le rapport de transformation du transformateur

Transformateur

pour ce qui concerne les forces magnéto - motrices, la circulation des Ampère est utilisé sous l'hypothèse que la reluctance est nulle

Charge

21 1 2 2 1 2 2

NN i N i i i mi

Transformateur

Le transformateur idéal peut être représenté en tant que composant de quatre bornes ou deux portes

Primaire Secondaire

1 1 1p v i

2 2 2p v i

Primaire Secondaire1i

1 1 1 2 2 2. .p v i v i p

Transformateur

principe de fonctionnement du transformateur est basé sur la loi de Faraday-Lenz qui relie la dérivée temporelle du flux à la tension

transformateurs ne peuvent pas travailler en courant continu!

Les courants et tensionsdoivent être variable dans letemps et la composante DCde la tension primaire estfiltré par l'opérateur dérivé

Transformateur

en cas d'alimentation sinusoïdale, les phaseurs peuvent être utilisés en prenant le flux comme référence de phase(phase de référence)

sinP Pt t

en faisant référence à des valeurs de crête de flux, les tensions sont en valeurs efficace

1 1 ,max 1 ,max 1 ,max

2 2 ,max 2 ,max 2 ,max

2. . . . .4,44. . .

j j fE N N j f N

Transformateur

en exprimant la tension et les valeurs courantes par le rapport de transformation

E N Vm

E N V 2 1

21 1 2 2 2

iE i mE E i VA

l'énergie électrique transférée par le transformateur est conservée mais avec différentes niveaux de la tension et de courant

Transformateur

Résumé du transformateur idéal

1- tension d'excitation impose le flux magnétique

dv N v dt

si la tension d'entrée est trop élevée le matériau ferromagnétique peut être amené à la saturation!

2- Sous une alimentation sinusoïdale

3- Tension secondaire donnée par :

14,44. .P

2 1V mV

Transformateur

si le courant secondaire est présent en raison d'une charge connectée, un effet de démagnétisation aura lieu

en raison de l'équilibre des forces magnéto-motrices, un courant primaire correspondant est tirée de l'enroulement primaire

21 1 2 2 1 2 2

NN i N i i i mi

Transformateur

Polarité de la tension secondaire dépend du sens de l’enroulement

2 1 2 1 v mv i m i 1

2 1 2 1 v mv i m i

2 0 opposé à Pi flux 2 0 Pi en phase avec

Primaire Secondaire

Transformateur

Dans les applications la polarité est exprimée par le symbole (point) lors de l’enroulement

V1 et v2 ont les mêmes polarités

V1 et v2 ont les polarités opposées

Transformateur

3 transformateur idéal

2 Av t

Transformateur

Diagramme de Phaseurs d’un transformateur abaisseur de tension (m<1)

Cas 1 Cas 2

11 14 44

,max. , . . .

PV E j f N

22 24 44

,max. , . . .

PV E j f N

11 14 44

,max. , . . .

PV E j f N

22 24 44

,max. , . . .

PV E j f N

1 2I mI 2

Transformateur

le fonctionnement d'un transformateur réel est analysé en supprimant une par une les hypothèses du transfo idéal

A. Reluctance non nulle 0

Transformateur réel

Primaire Secondaire

e Charge

1 1.N i 2 2

1 1 2 2. .

P PN i N i

Transformateur

• Puisque l'inductance n’est plus infinie, maintenant le flux magnétique nécessite un courant magnétisant Im

• ce courant de magnétisation est attribuée au circuit d'excitation (primaire)

1 1 2 2 P PN i N i

Transformateur

21 1 2 21 22

NN i N i d i iN diN

e Ld dt dt

Inductance de magnétisation du transformateur

La première version du schéma équivalent

PrimaireSecondaire2

Ni i i

Courant de magnétisation

Transformateur

Sous une alimentation sinusoïdales, les phaseurs sont utilisées

E j L I

le processus de magnétisation n’implique pas de phénomène de dissipationm mX L

PrimaireSecondaire2

Transformateur

Un problème peut être liée à la saturation du noyau magnétique: si le flux est entraîné en saturation alors la perméabilité magnétique devient plus faible et la valeur de la réluctance grande

Le courant de magnétisation est inversement proportionnelle à la réluctance à travers l'inductance et la valeur du courant magnétisant peut devenir ainsi très important et dangereux pour le comportement thermique de la machine

1 /m mI V X

Transformateur

B- les pertes dans le fer

les pertes sont présents dans le noyau ferromagnétique par :- les pertes d'hystérésis- les pertes par courants de Foucault

en premières approximations ces pertes sont proportionnelles au carré de B

1fe PP B E

FluxCourant de

Foucaultles pertes par courants de Foucault

Transformateur

3 Transformateur réel

les pertes d'hystérésis

On néglige le flux de fuite

1 1 2 2

1( ) ( ) ( ) ( )

1 ( ) ( )( ) ( )

1 ( ) 1

hystérisis

P v t i t dt v t i t dtT

d t d tN i t dt N i t dt

T dt dt

d tN i N i dt d

T dt T

Hld BS lST T

Volume du noyau Surface du cycle d’hystérisis

1 1N i 2 2N i

Transformateur

Ainsi ce comportement peut être approximée par une Résistance fictive

2 1fe fe fe

EP R I W

La seconde version du schéma équivalent

Transformateur

Le courant traversant le transformateur sans charge connectée au secondaire est appelé courant à vide

0 fe mI I I A

Généralement à vide le courant est une fraction minimale des courants circulant dans la machine en régime nominal

Transformateur

C. flux de fuite Dans les transformateurs réels, on rajoute le flux principal liant les deux enroulements

Ces flux se renferment sur un seul enroulement

Primaire

1 1f P

Flux au primaire

11 1 1

T P fd d dv N N

dt dt dt

Fém totale

1tote f1

Transformateur

Flux de fuite Φf1 est linéaire avec le courant (fermeture dans l'air)

Est la reluctance de fuite1f

1 1 2 2 1 11

1 2 2 1 11

1 11 1 1

ddv N N

N i N i N idN

N N i N dii

i di diL l e l

Inductance de fuite primaire

Transformateur

222 2 2 2

22 2 =

fPdd d

v N N Ndt dt dt

Transformateur

11 1 1 1 1 2 2

2 22 2 2 1 2

d ddiv e l e N e N

dt dt dt

di Nv e l i i i

Transformateur

Sous une alimentation sinusoïdale

1 1 11 1.totV E E jX I V

1X Réactance de fuite du primaire

1 1l X Même raisonnement peut être appliqué sur le secondaire

Les réactances de fuite exigent une puissance réactive qui doit être fournie à la machine

Transformateur

Circuit magnétique équivalent

1tote f1

Φ2tot

1 1.N i

2 2.N i

Transformateur

3 Transformateur réel

Transformateur

la troisième version du Schéma équivalent devient

Transformateur pratique et Schéma équivalent

Transformateur

D. Pertes Joules dans les enroulements primaires et secondaires

Schéma équivalent d’un transformateur réel

Transformateur

2 01( )

I m I I

1 1 1 11 11 1

2 1 2 2 2 2 22 2

V R I jX I E E V

E mE R I jX I V V V

Transformateur

Représentation dans le diagramme des phaseurs

Transformateur

3 Transformateur pratique et Schéma équivalent

Transformateur

1I0I '

2I2I 22

IR2V 22

Transformateur

1I0I '

2I2I 22

IR2V22

Transformateur

11jX I

22jX I

Transformateur réel et Schéma équivalent

Est l’angle entre le courant et la tension d’alimentation de la chargeOn a automatiquement :

Transformateur

Remarques sur le schéma équivalent:- paramètres localisés: la cause de la non idéalité est approximativement représentée par les composants- dans les transformateurs conçus dans de bonnes règles

d'ingénierie les résistances et les réactances sont généralement très faibles pour que :

11 14,44. . . PV E j f N

Le flux principal n’est pas très influencé par le courant de charge

Transformateur

A vide , (I2 = 0) le courant est très faible

La chutes de tension le long des paramètres de la série est

très faible

La non-linéarité magnétique est prise en compte par une

variation possible de l'inductance de magnétisation par

rapport au courant magnétisant Im m mL f I

Transformateur

Circuit équivalent en forme de T

1 1 1fZ R jX Impédance de l’enroulement primaire

2 2 2fZ R jX Impédance de l’enroulement secondaire

0 0 0//fe m

jR XZ R X R jX

Impédance à vide

Transformateur

Transfert d’impédence à vide

1 0Z Z

0 11.....5%I I

Erreur introduite par ce changement est négligeable dans les transformateurs industriels

Transformateur

2- le transfert de l'impédance primaire au côté secondaireZ1 est déplacée du coté secondaire

Opération possible si la puissance active et réactive ne changent pas

Transformateur

Puissance active'2 ' 2

1 2 1 2R I R I

'' 221 1 1

IR R m R

Résistance primaire équivalente ramenée au secondaire

Puissance réactive'2 ' 2

1 2 1 2X I X I

'' 221 1 1

IX X m X

paramètres de court circuit du côté secondaire

'' '' ''

1 2 1 2ccZ R R j X X

impédance primaire équivalente ramenée du coté secondaire

1 2Z Z

Transformateur

les deux paramètres: en parallèle et en série sont suffisantes pour modéliser le comportement du transformateur

22 1" ''

1 0 2 0 2

ccccc c

Z ZZ Z

I I I I mI

ces deux paramètres sont également difficiles à calculer lors de la phase de conception et ils sont évalués expérimentalement

Transformateur

de la même manière l'impédance secondaire pourrait être ramenée du côté primaire

Transformateur

Puissance active2 ' '2

2 2 2 2R I R I

' 2 22 2' 2

I RR R

Résistance secondaire équivalente ramenée au primaire

Puissance réactive2 " '2

2 2 2 2X I X I

" 2 22 2' 2

I XX X

paramètres de court circuit du côté primaire

'' '' ''

2 1 2 1ccZ R R j X X

Réactance primaire équivalente ramenée du coté primaire

1 2Z Z '

2E0Z 1E

Transformateur

Du primaire au secondaire" 2R m R

Du secondaire au primaire

" 2X m X

Transformateur

( )p p s s

sp p s s p p s

N i N i H B l F

NN i N i N i i

On définit :

( ) ( )

i i mi

BN i H l F

Charge

Courant de magnétisation

p pN i

s sN i

Transformateur

F Ni Hl

saturé

Effet du flux max sur le courant de magnétisation

Transformateur

3 Courant transitoire au démarrage

Charge

sin sin

dv t V t N

Vt v t dt t

20 2 2

ou sin cos sin

Vsi v t V t t t

Ce qui va induire un fort courant

Transformateur

intervalle

de variation

normale du

courant

p mi i

courant

nominal

Transformateur

3 Tension maximale

Charge

2 4 44

max max

max max max

dv t V t N

Vt v t dt t

V fN fN B S

Régime stationnaire

Transformateur

Charge

2 4 44

max max max

max max

V fN fNB S

VN NB S

Équilibre volt/seconde

Ainsi,

Tension maximale

À partir : 2 4 44

max max max

max max

maxmax

V fN fNB S

Transformateur

3 Pertes magnétiques

.m m m m

P p Vol

Pertes magnétiques par unité de volume au régime nominal (W/Kg

Densité du matériaux magnétique (Kg/m )3

Volume du noyau

. SF facteur d'emplissage

m cVol S l

S ld SF

2cl l w l h

Vol ld l w h SF

P p ld l w h SF

Transformateur

3 Pertes Joules

J P P S SP R I R I Avec

P cuivre P

S cuivre S

J Densité de courant nominal du conducteur

. .P moyen

spire P

. .S moyen

spire S

Conductivité du conducteur

, , , ,p spire P moyen P S spire S moyen SP J N S l N S l

On a approximativement

, ,moyen p spire P S spire S moyen cuP J l N S N S J l k

, ,moyen P moyen Sl l

cuk Facteur de remplissage

Transformateur

Le circuit équivalent du Transformateur permet de calculer les performances de la machine dans différentes conditions

les valeurs des paramètres du circuit équivalent doivent être connues

les paramètres peuvent être évaluées de deux manières:- calculée au niveau de la conception au moyen de la géométrie de la machine et des conditions d'alimentation obtenue expérimentalement par des tests sur la machine de construction:

1) la mesure de la résistance de l'enroulement2) Essai à vide 3) Essai de court-circuit

Transformateur

1) Mesure de la résistance de l’enroulement

Procédé de Volt Ampère: chaque enroulement est alimenté par une source connue de tension continue

Pour le primaire

Secondaire

Primaire

Evaluation des paramètres du circuit

Transformateur

Problèmes thermiques:

- Le transfo doit être en équilibre thermique avec l'environnement

(au moins 3 heures hors service)

- La valeur de la résistance est calculée à la température de

l'environnement

- Les essais doivent être inférieurs à 10% du courant nominal afin

d'éviter la sensibilité aux températures élevées

Transformateur

Essai à videle but est de calculer Rfe et Xm (impédance Z0 sans charge )un enroulement doit être alimenté avec une tension nominale et l'autre doit être laissée ouverte

Alimentation sinusoidale Autotransfor

mateurSection de mesures

Transformateur sous le test

Partie mesure au secondaire

Transformateur

Vu que la machine est symétrique, il y a aucun côté préférentiel sur lequel effectuer les essais, Généralement le côté choisi est celui ayant la basse tension

section de mesure:

Ampèremètre (A) : courant à vide

Voltmètre (V1) : tension d'alimentation

Wattmètre (W) – puissance à vide P0

Le voltmètre de l'autre côté de la machine est utilisé pour la mesure de V2 à vide pour calculer le rapport de transformation

Transformateur

puisque le courant est plus faible que le courant nominal

1 0 0Z Z Z

2 0I 1R 1X

Transformateur

Mesures1 1test nV V

Tension d'alimentation

Courant à vide

Puissance à vide

0 10 0

0 0 0 10 0

. .sin

test testfe

test test testm

V V VX

Q P tg I

Transformateur

les résultats des tests sont généralement exprimés en pourcentage des valeurs nominales sur le côté de test de sorte qu'ils sont valables pour les deux cotés:

1 1 20 2

% .100

test coté

test cotéN

N N N N

S V I V I VA

Puissance nominale du transfo

Pourcentage du courant à vide

pertes à vide par rapport à la puissance nominale de la machine

Transformateur

comportement de P0 et I0 en fonction de la tension d'essai

aller au-delà de la valeur de tension nominale entraine la saturation du circuit ferromagnétiques et augmente ainsi la magnétisation

Ordre de grandeur1 1test NV V

Pourcentage de courant à vide

Pourcentage de puissance à vide

0 1P V

0 1I V

Transformateur

Essai en court circuit

l'objectif de test est d'évaluer les paramètres en série A test est effectué en court-circuit d'un côté de la machine et l'autre alimenté par une

valeur de tension réduite, de sorte que le courant nominal circule à travers les enroulements

Tension sinusoidale Autotransfor

mateurSection de mesures primaires

Transfo sous test

Court circuit de l’enroulement

Transformateur

L’essai en cc peut être effectuée à la température ambiante, mais ces résultats doivent être redimensionnés à la valeur de température nominale

la valeur de tension qui crée le courant nominal s ’appelle la tension de court-circuit Vcc

section mesure:

- Ampèremètre (A) : valeur nominale du courant

- Voltmètre (V1) : la valeur de tension réduite appliquée pour obtenir le courant nominal

- Wattmètre (W) : Puissance de court circuit actif Pcc

Transformateur

Vcc de l'ordre de 5 ÷ 15% de la tension nominale de sorte que le flux est négligeable

également l'effet de l'impédance de fer est négligeable car il est en parallèle avec une impédance très faible ' '

2 0 2//Z Z Z

2NI1R 1X

Courant nominal

Transformateur

L’impédance primaire peut être ramenée au secondaire

Tension secondaire de cc

Courant secondaire de cc

Puissance de cc

2 2 2cc cc ccZ R jX

Transformateur

Comportement de la puissance et du courant dans l’essai en cc

1ccV I

1ccP I

1ccP W

testI A

Transformateur

" " 21 2 2

" " 21 2 2 2

cc cccc cc

cc cc cc cccc f cc

V PR R R

V Q P tgX X X

Valeurs en pourcentage

% .100cc test

V % .100cc

Tension de court circuit Puissance de court circuit

Transformateur

La tension de court-circuit est la valeur de la tension d'alimentation qui doit être appliquée à un enroulement lorsque le secondaire est fermée sur un court-circuit de sorte que dans les deux enroulements le courant qui circule est à sa valeur nominale

cc cc n

Tension de cc ramené au primaire

Tension de cc ramené au secondaire

Transformateur

Expression du pourcentage de la chute de tension peut donner immédiatement une idée sur la qualité d'un transformateur

% .100 .100cc cccc

''2 2 1 12 1

20 20 2 1 20 2

''2 1 11

20 2 1 1

cc n n ncc

cc n cccc

V I I VN NZ

V V I N V N

V I VNZ

V N V V

Transformateur

la chute de tension aux bornes du transformateur est la différence algébrique entre la tension à vide et la valeur de la tension en charge

20 2V V V

Transformateur

Pour calculer la chute de tension , le schéma équivalent avec impédance en série ramenées au secondaire est utilisé

Chute de tension sur l’impédance série ramenée au secondaireV

A vide En charge

20E 20

20 20E V

Transformateur

Diagramme de Capp

ccjX I

Transformateur

2 2 2 2

cos sin

OP OC OC V

OC V I R X

2 2 2cos sincc ccV I R X

Valable pour une chute de tension et La chute de tension dépend du courant et du facteur de puissance

10 15%V 2 0.8 0.9Cos

ccjX I

Transformateur

cc cc cc cc

V I R X

V I Z Z

cos sin

cos cos sin sin

cc cc cc

Facteur de charge 2

cos cos sin sin

.100 .100. cos cos sin sin

cc N cc cc

cc Ncc cc

2 2cc cc ccV V

% %. . cos cos sin sin

DV est une fonction du facteur de charge et du facteur de puissance de la charge

Transformateur

Charge inductive

cos 00

sin 0V

Charge capacitive

cos 00

sin 0V

Transformateur

Charge inductive Charge capacitive

ccjX I

Transformateur

Rendement du transformation est très élevée et elle est définie comme le rapport entre la puissance en charge et la somme des pertes de charge et de puissance

arg + pertes

ch esortie

entrée ch e

Pertes dans le transformateurs

• Pertes fer

• Pertes joules

Transformateur

Pertes fer fep

• Pertes par courant de Faucault et par hystérisis

• Ne dépend pas du courant

Pertes Joule

• Pertes dans les enroulements

• Dépend du courant de la charge

• Dépend du rapport du facteur de la charge

2jp R I2

Transformateur

" 2 " 2 222 2

j cc cc n cc

Ip R I R I P

ccP Puiss&ance de court circuit

Rendement du transformateur

arg 2 2 2

arg 2 2 2 2

cosfe + p

ch e j cc fe

P p V I R I p

=0 à vide (I2=0) et en cc (V2=0)

Transformateur

Rendement standard : la chute de tension n’est pas prise en compte 20 2V V

20 2 2 20 2 2tan " 2 2

20 2 2 2 2 0 20 2 2 0

Ns dard

V I Cos V I Cos

V I Cos R I P V I Cos P P

2tan 2

Ns dard

S Cos P P

pour un facteur de puissance donnée, la valeur de α qui maximise le rendement est

Le rendement maximale est obtenue pour les pertes de cuivre égales aux pertes de fer

Transformateur

Généralement la valeur à la conception de ce paramètre est pris α = 0,75

Cette valeur est un compromis pour de bonnes performances de la machine

Transformateur

Variation du rendement pour différentes valeur du facteur de puissance

Transformateur

Courbe de rendement par rapport facteur de charge

Transformateur

Le rendement du transformateur est très élevé (η = 0,95 …. 0,99)

Plus que la puissance du transfo est importante, plus les pertes sont élevées (des centaines de kW)

1j fe apertes p p P

Les Transformateurs de puissance élevés doivent avoir un système de refroidissement à gérer les effets des ces pertes

Transformateur

1) Tension nominale (VN)

Les valeurs de tension qui peuvent être appliqués aux bornes

d'enroulements,

En raison de la saturation du matériau ferromagnétique, la tension

nominale dépend de l’exploitation de circuit magnétique

Transformateur

En considérant l’enroulement primaire à vide

maxmax. . 4,44. . .

2V N f N

La valeur de la tension définit le flux dans le noyau

Transformateur

noyau magnétique sous-exploitées

Courant de magnétisation important

max4,44. .

P'' 'V

Charactéristiques à

courant de

magnétisation

Point de

fonctionnement

Faibles V grandes V

Transformateur

2)- Puissance nominale (SN):

il indique principalement la taille du transformateur; la

puissance apparente et non la puissance active est utilisée

parce que:

- pertes fer dépendent de la valeur de tension

- pertes Joule dépendent du courant de charge

- contraintes sur la machine ne dépendent pas de Vicosφ

mais de VI

Transformateur

Le courant nominal est la valeur de courant qui peut circuler à travers les enroulements et il est obtenu par la puissance nominale (SN) et la tension nominale (VN)

Régime monophasé :

Régime triphasé :

Courant nominal

Transformateur

Essai à vide Essai en cc

VOC= 2300V VSC= 47V

IOC= 0.21A ISC= 6A

POC= 50W PSC= 160W

Un transformateur 15kVA, 2300/230 V doit être examiné pour déterminer ses composants de

la branche d'excitation, ses impédances série, et sa chute de tension. Les données suivantes

ont été prises du côté primaire du transformateur:

(a) Trouvez le circuit équivalent vu du côté haute tension

(b) Trouvez le circuit équivalent vu du côté basse tension

(c) Calculez la chute de tension en charge nominale avec un FP de 0,8 pf retard, FP=1 et 0,8

avance

(d) Trouvez le rendement du transfo avec un FP 0,8 retard.

Example

Transformateur

l'énergie électrique est produite et transmise à travers le système à trois phases en raison de sa plus grande efficacité /au monophasé

On a besoin de transformateurs triphasés

Transformateurs triphasés

Transformateur

trois Transfo monophasés peuvent être utilisés

solution est flexible, mais le matériau ferromagnétique peut être réduit

Transformateur

•Un transformateur triphasé possède trois ensembles d'enroulements primaires et secondaires.•Selon la façon dont ces ensembles d'enroulements sont interconnectés, la connexion peut être étoile, triangle ou autre

A BA B C C

triphasé avec3 noyeau

A BA B C C

triphasé avec 5 noyeau

Lignes de champs

Enroulements primaires et secondaires

Transformateur

il est possible de créer un circuit magnétique plus efficace pour le système triphasé

trois colonnes ou trois membres de base (principalement utilisé dans les applications industrielles)

Transformateur

•Un transformateur triphasé est constitué de trois ensembles d'enroulements primaire

et secondaire.

•Ces ensembles d'enroulements primaires et secondaires seront connectés en Δ ou Y

pour former une unité complète.

•Les enroulements Y fournissent l'occasion de multiples tensions, Tandis que les

connexions Δ jouissent d'un niveau de fiabilité plus élevé (si un enroulement ne

fonctionne plus, les deux autres peuvent toujours maintenir des tensions de ligne

complètes en charge).

Primaire - Secondaire

Y - YY - ΔΔ - YΔ - Δ

Transformateur

T1 T2 T3

Transformateur

T1 T2 T3

L’enroulement monté en étoile nécessite l’utilisation l'utilisation de conducteurs de neutre (N1 et N2) dans chaque système d'alimentation.

Transformateur

T1 T2 T3

Transformateur

T1 T2 T3

Transformateur

T1 T2 T3

Transformateur

Transformateurs triphasés : Enroulement zigzag

Transformateur

a’ c’

Transformateur

a’ c’

b’c’

Transformateur

a’ c’

Transformateur

3 Transformateurs triphasés : Indice horaire

On s’intéresse aux tension simples des deux cotés et entre les premières

bornes du primaire et secondaire et des neutres (physiques ou fictifs) primaires et

secondaire

Les tensions simples et ne sont pas généralement en phase . Si on trace

verticalement à 12heures, le phaseur indique l’indice horaire H du

transformateur . Ici égal à 1. La connexion électrique est noté Yd1

aNVANV

On considère le régime équilibré direct.

Dans le cas d’un transformateur idéal, on a

Transformateur

A B C N a b c N

c nanV

anVANV

Transformateurs triphasés : Indice horaire

Transformateur

Les chiffres (0, 1, 11 etc.) concernent le déphasage entre les enroulements HT et BT en

utilisant une notation de l'horloge.

Le phaseur représentant l'enroulement HT est pris comme référence et réglé à 12 h.

Utilisez l'indicateur horaire comme indicateur de l'angle de déphasage.

Parce qu'il ya 12 heures sur une horloge, et un cercle composé de 360 °, chaque heure

représente 30 °. Ainsi 1 = 30 °, 2 = 60 °, 3 = 90 °, 6 = 180 ° et 12 = 0 ° ou 360 °.

Exemple:

chiffre 0 = 0 ° : la BT est en phase avec la HT

Chiffre 1 = 30 ° : la HT en avance par rapport à la BT de 30 °

Chiffre 11 = 330 ° : la BT en avance de 30° par rapport à la HT

Chiffre 5 = 150 ° : BT en retard par rapport à la HT de 150 °

Chiffre 6 = 180 ° : la HT et BT en opposition de phases

Transformateur

On définit le rapport de transformation triphasé complexe comme le rapport entre les tensions simples :

Pour la connexion Yd1, il vient et H=1

Sin on néglige le courant magnétisant, le rappprt des pahseurs de courants de ligne vaut

NVm k e

I k N m

Transformateur

Dans un transformateur triphasé idéal

V m Im

Transformateur

Lorsqu'il n'y a pas de conducteur neutre dans le système de puissance secondaire, des

schémas de connexion Δ-Δ sont préférés en raison de la fiabilité inhérente de la

configuration Δ.

Les enroulements de transformateur triphasés peuvent être raccordés de plusieurs

manières. Sur la base de la connexion des enroulements, le groupe du transformateur est

déterminé.

Le groupe du transformateur est indiqué sur la plaque signalétique par le fabricant.

Transformateur

Le groupe fournit une manière simple d'indiquer comment les connexions internes d'un

transformateur sont arrangées.

Le groupe indique la différence de phase entre les tensions primaire et secondaire,

La détermination du groupe de transformateurs est très importante avant de connecter

deux transformateurs ou plus en parallèle.

Si deux transformateurs de différents groupes sont connectés en parallèle, alors il existe

une différence de phase entre les secondaires des transformateurs de grands courants

circulent ce qui est très préjudiciable.

Transformateur

Groupe dephasage Coupages associés

1 0° Yy0, Dd0, Dz0

2 180 Yy6, Dd6, Dz6

3 -30 Yd1, Dy1, Yz1

4 +30 Yd11, Dy11, Yz11

Transformateur

Le groupe est indiqué par un code composé de deux ou trois lettres, suivi d'un ou deux

chiffres. Les lettres indiquent la configuration de l'enroulement comme suit:

D ou d: enroulement triangle, également appelé enroulement de maille.

Y ou y: enroulement d'étoile,.

Z ou z: Enroulement en zigzag ou en étoile interconnecté.

Les transformateurs en plaques zigzag ont des caractéristiques particulières et ne sont pas

couramment utilisés là où ces caractéristiques ne sont pas nécessaires.

Transformateur

• La connexion en zigzag du transformateur est également appelée connexion en étoile

interconnectée.

• Cette connexion présente certaines des caractéristiques des connexions Y et Δ, combinant

les avantages des deux.

• Le transformateur en zigzag contient six bobines sur trois colonnes.

•Il peut annuler des courants harmoniques d’ordre multiple de 3 (3ème, 9ème, 15ème,

21ème, ….. etc.).

Transformateur

Transformateurs triphasés : couplage Yd11

Transformateur

3 Transformateurs triphasés : couplage Yd1

Transformateur

Transformateurs triphasés : couplage Dy1

Transformateur

Transformateurs triphasés : couplage Dy11

Transformateur

Transformateurs triphasés : couplage Yy0

Transformateur

3 Transformateurs triphasés : couplage Yy6

Transformateur

les données de la plaque signalétique

Puissance nominale

Tension composé nominale primaire

Tension composé nominale secondaire

Courant de ligne nominale primaire

Courant de ligne nominale secondaire

Rapport de transformation

1 13. .

N N NS V I

Transformateur

Essai à vide vu du primaire, V1n, I0,P0

Impédance à vide

Facteur de puissance à vide

Puissance réactive à vide

Résistance de pertes fer

Réactance de magnétisation

Impédance de magnétisation

La valeur en pourcentage du courant à vide

La valeur en pourcentage de la puissance à vide

1 103. .

0 0 0.Q P tg

1 0 1 03 3. / / /

fe N NR V P V P

1 0 1 03 3. / / /

m N NX V Q V Q

R jXZ R jX

0 0100% . /

NI I I

0 0100% . /

NP P S

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