Modélisation du transformateur de puissance

UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI OUM EL BOUAGUI

FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIE

DEPARTEMENT DES SCIENCS ET TECHNOLOGIE

FILIERE DE GENIE ELECTRIQUE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du diplôme de

MASTER Spécialité : Génie Électrique

THEME

« Modélisation du transformateur de puissance »

Mémoire de fin d’études soutenu publiquement à Oum El Bouaghi

Le /06/2012

Par:

Hadjam Mokhtar

Belazizia Hamza

Dirigé par :

Mr : Bedoui Samir

Année Universitaire : 2011/2012

Remerciements

Ce mémoire de fin d’étude n’aura pas pu aboutir sans la

contribution de nombreuses personnes. Les compétences scientifiques

des uns et les encouragements des autres ont permis de dynamiser ce

semestre de travail.

La première personne au quelle nous pensons est évidemment

notre directeur de mémoire qui a suivi de près les avancements de ce

travail. Nous remercions donc Mr Bedoui Samir pour le soutien qu’il

nous a apporté.

Nous remercions les responsables de département

d’électrotechnique, université de Sétif pour leur aide. Nous remercions

aussi l’ingénieur de l’laboratoire de réseaux électriques pour son

collaboration.

Nous voudrons aussi remercier de manière générale tous les

membres du jury qui nous ont fait l’honneur d’assister à notre

soutenance et qui ont donné des remarques constructives dans chacun

de leur domaine respectif.

Hadjam & Belazizia

Tables des matières INTRODUCTION GENERALE

Chapitre I : Généralités sur les transformateurs I.1 Introduction 02 I.2 Constitution 02

I.2.1 Partie active 02 I.2.1.A Circuit magnétique 03 I.2.1.B Enroulements 03 I.2.1.C Isolants 04 I.2.2 Cuve et couvercle 04 I.2.3 Traversées 05 I.2.4 Equipements 05 I.2.4.A Changeur de prise en charge 05 I.2.4.B Refroidissements 05 I.2.4.C Conservateur 06

I.3 Principe de fonctionnement 06 I.3.1 Conversion 06 I.3.2 Couplages 08 I.3.3 Schéma équivalent d’un enroulement de transformateur 09

I.4 Caractéristique d’un transformateur de puissance 09 I.5 Défauts affectant les transformateurs 10 I.6 Protection des transformateurs 11

I.6.1 Protections interne 12 I.6.1.A Relais Buchholz 12 I.6.1.B Soupape de surpression 12 I.6.1.C Thermomètre 13 I.6.2 Protections externe 13 I.6.2.A Les relais 13 I.6.2.B Fusible à haut pouvoir de coupure 13 I.6.2.C Parafoudre et éclateur de protection 13 I.6.2.D Protection différentielle 13

I.7 Maintenance des transformateurs 14 I.8 Conclusion 15

Chapitre II : Calcul et modélisation du transformateur II.1 Introduction 16 II.2 Schéma électrique équivalent du transformateur de puissance 16 II.3 Détermination des paramètres du transformateur de puissance par les essais 17

II.3.1 L’Essai à vide 17 II.3.1.1 Détermination des paramètres par l’essai à vide 18 II.3.1.1.A Le rapport de transformation 19 II.3.1.1.B Le courant à vide 19 II.3.1.1.C Facteur de puissance 19 II.3.1.1.D Les pertes à vide 20 II.3.2 L’essai en court-circuit 20 II.3.2.1 Hypothèse de KAPP 21 II.3.2.2 Détermination des paramètres et des pertes par l’essai en court-

circuit 23

II.3.2.2.A Tension de court-circuit Ucc 23 II.3.2.2.B L’impédance de court circuit 24

II.3.2.2.C Pertes de court-circuit 24 II.4 Rendement 24 II.5 Bilan Energétique 25 II.6 Conclusion 25

Chapitre III : Application III.1 Introduction 26 III.2 ATP-EMTP, Outil d’étude de transitoires sur les réseaux 26 III.3 Application 26

III.3.1 Calcul du transformateur 27 III.3.1.A L’essai à vide 27 III.3.1.B L’essai de court-circuit 30

III.4 Elaboration d’un modèle d’un transformateur 32 III.5 Implantation du modèle élaboré dans l’EMTP 34 III.6 Conclusion 38 CONCLUSION GENERALE

Listes des figures Chapitre I : Généralités sur les transformateurs

Figure I.1 Partie active vue coté BT 02 Figure I.2 Partie active vue coté HT 02 Figure I.3 circuits magnétique de différents noyaux 03 Figure I.4 enroulement d’un transformateur 03 Figure I.5 transformateur vue extérieure 04 Figure I.6 Traversées d’un transformateur de puissance 04 Figure I.7 Changeur de prise en charge 05 Figure I.8 Radiateur et ventilateur 05 Figure I. 9 constitution du transformateur de puissance 06 Figure I.10 principe de conversion 07 Figure I.11 circuits monophasés 07 Figure I.12 circuit triphasés 07 Figure I.13 Couplage étoile-étoile 08 Figure I.14 Couplage étoile-triangle 08 Figure I.15 couplage zigzag 08 Figure I.16 schéma équivalent d’un enroulement 09 Figure I.17 Relais Buchholz 12 Figure I.18 soupape de surpression 12

Chapitre II : Calcul du transformateur Figure II.1 schéma électrique équivalent du transformateur ramené au primaire 16 Figure II.2 schéma équivalent du transformateur à vide 17 Figure II.3 Diagramme vectoriel de transformateur à vide 18 Figure II.4 Schéma équivalent de KAPP 21 Figure II.5 Diagramme vectorielle de Fresnel 21 Figure II.6 schéma équivalent du transformateur en court circuit 22 Figure II.7 Diagramme vectoriel de transformateur en court-circuit 23 Figure II.8 Rendement d'un transformateur 24 Figure II.9 Bilan énergétique d'un transformateur 25

Chapitre III : Application Figure III.1 plaque signalétique du transformateur utilisé 27 Figure III.2 Schéma du montage du circuit à vide 27 Figure III.3 Photo réel de l’essai à vide 28 Figure III.4 Les allures de la tension et les courants de phases 29 Figure III.5 schéma de montage de l’essai de court-circuit 30 Figure III.6 photo réel de l’essai en C-C 30 Figure III.7 Les allures de la tension et les courants de phases de C-C 31 Figure III.8 Modèle du transformateur de l’EMTP 32 Figure III.9 Paramètres du transformateur 33

Figure III.10 La caractéristique tension courant du circuit magnétique 33 Figure III.11 La courbe de saturation du circuit magnétique 34 Figure III.12 Circuit éléctrique du transformateur à vide 34 Figure III.13 Les Courants de phases 35 Figure III.14 Les tensions primaire et secondaire aux bornes du transformateur 35 Figure III.15 circuit électrique du transformateur avec charge résistif 36 Figure III.16 formes de tension et courant vue par la charge résistif 36 Figure III.17 formes de tension et courant vue la charge inductive 37 Figure III.18 formes de tension et courant vue par la charge capacitive 37

Listes des tableaux

Chapitre I : généralités sur les transformateurs

Tableau I.1 Défauts affectant les transformateurs de puissance 10

Résumé : Le transport de l’énergie électrique s’effectue en haute tension, ce qui exige au départ d’élever la tension formée par les générateurs, de plus, il est indispensable d’alimenter les installations domestiques basses tension, il sera donc nécessaire après le transport de l’électricité d’abaisser la tension avant la distribuer, ces opérations sont réalisées par les transformateurs, ces derniers sont des éléments de base pour le transport de l’énergie électrique. Pour la détermination des paramètres du circuit équivalent du transformateur de puissance, nous avons fait des essais pratiques sur un transformateur triphasé de puissance de 2,8kVA. Cette étude a pour but essentiel d’élaborer un modèle du transformateur SAT (saturable Transformer), pour cela nous avons implanté les paramètres mesurés et calculés d’après les essais dans le modèle choisi. Nous avons pris un circuit électrique simple qui inclut notre modèle élaboré pour faire quelques simulations. Le logiciel EMTP est utilisé pour cet objectif.

Mots clés : transport de l’énergie, haute tension, transformateurs, modèle SAT, EMTP

Abstract: the transport of electrical energy occurs at high voltage, which requires first to raise the voltage formed by the generators, in addition, it is essential to feed the domestic low voltage installations, it will be necessary after the transport of electricity to lower the voltage before the distribution, these operations are performed by the transformers, they are basic elements for the transport of electrical energy. For the determination of equivalent circuit parameters of the power transformer, we did practical tests on a three-phase power transformer of 2.8 kVA. This study is primarily designed to develop a model of the transformer (SAT Saturable Transformer), for this reason, we introduced the parameters measured and calculated according to the tests in the model chosen. We took a simple electrical circuit that includes our model developed to make some simulations. ATP-EMTP is the software used for this purpose.

Keywords : transport of energy, high voltage, transformer, model SAT, EMTP.

صم الناتجة من تھمما یتطلب منا رفع قیم, التوتر العاليالكھربائیة بواسطة یتم نقل الطاقة :لخمما یفرض علینا تخفیض , طرف المولدات فمن الضروري تغذیة الأنظمة ذات التوتر المنخفض

تعتبر عنصر التي مختلف ھذه العملیات بواسطة المحولات تتم , توزیع القیمة التوتر العالي قبل اجل إیجاد قیم الدارة المكافئة للمحول قمنا بتجارب حقیقیة من . أساسي في نقل الطاقة الكھربائیة

, الجزء الثاني للدارة بدون حمولة( أمبیركیلو فولط 2.8 ذو استطاعة ثلاثي الطور محول يعلالنتائج المقاسة اعتمادا على المشبع المحول ھذه الدراسة من اجل تھیئة نموذجب قمنا. )بدارة قصیرة

دارة كھربائیة بسیطة تحوي النموذج المنجز من اجل إجراء بعض أنجزنا.و المحسوبة من التجارب .لھذا الغرض EMTPالنظام نا لاستعم. المحاكاة

.EMTP ,المشبع المحول نموذج ,المحولات ,التوتر العالي ,نقل الطاقة :ةمفتاحیكلمات

Introduction Générale

Université ’A rbi en ’h id i EB age 1

Introduction Générale

Le réseau est l’élément essentiel qui a pour tache de réaliser à chaque instant

l’équilibre entre la production d’énergie électrique et la consommation nécessaire à

l’ensemble des clients, l’architecture du réseau est basée sur le transformateur qui assure

la transformation de l'énergie électrique quelle que soit le niveau de la production ou du

transport.

Le transformateur industriel a été inventé par Lucien Gaulard et John-Dixon

Gibbs en 1883 et qu’il a eu un rôle décisif dans le développement de l’énergie électrique

et plus particulièrement en courant alternatif. Son essor fut immédiat, les puissances

réalisées augmentent rapidement (quelques 100 kVA en 1900 et quelques MVA en

1910), c’est un composant fondamental en électrotechnique. Pour décrire le

fonctionnement d’un transformateur, un modèle électrique équivalent représenté par ses

équations et par des schémas électriques.

La détermination des différents paramètres électriques des transformateurs

constitue une étape fondamentale pour une meilleure exploitation de ces dispositifs,

pour cela le passage par les essais, essai à vide et en court circuit, est important. Ce qui

permet également de prédire son comportement aux différentes contraintes pour éviter

sa détérioration, et élargir sa durée de vie en vue de minimiser son cout d’exploitation.

Ce mémoire est subdivisé en trois parties essentielles :

• Le premier chapitre consiste à donner des généralités sur les transformateurs de

puissances

• Le second chapitre a pour objet de déterminer les paramètres du transformateur

par le modèle mathématique.

• Le dernier chapitre est consacré à l’implantation du modèle élaboré par les essais

pratique dans le logiciel EMTP.

• Nous terminerons le travail par une conclusion générale

Chapitre I Généralité sur les transformateurs

Université ’A rbi en ’h id i EB age


I.1 Introduction

Le transformateur est un appareil statique à induction électromagnétique destiné à

transformer un système de grandeurs variables à un autre système des courants et des

tensions généralement différentes mais de même fréquence. Les transformateurs de puissance permettent très économiquement, de minimiser les

pertes en ligne, en assurant le transport de l'énergie à longue distance sous tension

élevée, puis d'abaisser ensuite cette tension étape par étape, pour alimenter les réseaux

de distribution régionale et locale jusqu'à la tension d'alimentation domestique. Les

tensions des transformateurs utilisées pour le transport ont évolués dans le temps et

leurs valeurs ont augmentés afin de permettre le transport de quantité d’énergie de plus

en plus élevée.

I.2 Constitution

On peut dire qu’un transformateur est constitué essentiellement de [1]:

I.2.1 Partie active

Elle est composée principalement de trois éléments (circuit magnétique,

enroulements, isolants) Comme il est indiqué sur les figures I.1 et I.2 suivantes :

Figure I.1 : Partie active vue coté BT Figure I.2 : Partie active vue coté HT

I.2.1.A Circuit magnétique

Constitué de tôles minces à cristaux orientés contenants une forte proportion de

chrome et de manganèse, d’épaisseur courante 35/100 mm (figure I.3), isolées entre



elles par un oxyde obtenu sous atmosphère contrôlé, qui permettent la canalisation du

flux produit par l’enroulement primaire.

Figure I.3 : circuits magnétiques de différents noyaux

I.2.1.B Enroulements

Permettent le transfert de la puissance du primaire vers le secondaire (tertiaire)

tout en modifiant la tension. Ces deux enroulements ont toujours un nombre de spire

différent répartie dans plusieurs galettes en série (figure I.4), La section de la spire est

constituée de plusieurs fils (leurs nombres et leurs dimensions dépendent de la valeur du

courant).

Figure I.4 : enroulement d’un transformateur

I.2.1.C Isolants

A l’intérieur d’un transformateur de puissance on trouve deux types d’isolants :

Ø Isolant solide à base de cellulose (isolations entre spires, entre enroulements,

entre enroulements et masse……)

Ø Isolation liquide (huile) en remplaçant tous les espaces d’air par l’huile.



I.2.2 Cuve et couvercle

Ils sont constitués par des tôles (en acier) soudées pour qu’ils soient rigides,

résistants et étanches (figure I.5), Leur utilité est qu’ils :

• Assurent la protection mécanique de la partie active (HT, BT et masse).

• Servent comme conteneur du diélectrique ainsi que son moyen de

refroidissement.

• Servent comme support du circuit magnétique.

• Maintenir à l’intérieur de la cuve la majorité du flux de fuite produit par le

courant dans les enroulements.

Figure I.5: transformateur vue extérieure

I.2.3 Traversées

Les traversées (figure I.6), permettent de connecter le transformateur au réseau

d’une part et à l’utilisateur d’autre part, Et d’assurer le raccordement aux extrémités des

enroulements.

Figure I.6 : Traversées d’un transformateur de puissance



I.2.4 Equipements

Les transformateurs de puissance sont équipés par :

1.2.4. A Changeur de prise en charge

Le changeur de prise en charge (figure I.7), permet de modifier le rapport de

transformation lorsque le transformateur est en fonctionnement, c’est un régulateur de

tension.

Figure I.7 : Changeur de prise en charge

I.2.4.B Refroidissements

Le système de refroidissement du transformateur de puissance est assuré par des

radiateurs placés aux deux faces du transformateur et une série de ventilateurs placés

soit au dessous ou en face des radiateurs comme c’est indiqué sur la figure I.8 :

Figure I.8 : Radiateur et ventilateur



Conservateur

Indicateur niveau huile

Buchholz

Circuit magnétique

Plaque signalétique

Spires Bobines

Vanne de prélèvement

CommutateurNeutreBushing

Radiateur

Cales

Sélecteur

Cuve

Armoire de commande régleur

I.2.4.C Conservateur

Le conservateur est un resérvoire d’huile placé au dessus du transformateur pour :

• Absorber les modifications de huile dues aux variations de température

• Sécher l’air pour empécher l’humidité de l’air de pénétrer dans l’huile.

• Contient un ballon en nitrile pour empécher le contact d’air avec l’huile.

• Contient un niveau d’huile pour indiquer le niveau en fonction de temperature et

donne une alarme en cas de niveau trop bas.

La figure I.9 représente une constitution générale d’un transformateur de puissance :

Figure I. 9 : constitution du transformateur de puissance

I.3 Principe de fonctionnement

I.3.1 Conversion

v Transformateur monophasé : Un transformateur monophasé comprend

essentiellement deux circuits électriques bobinés sur un circuit magnétique commun

constitué par un empilage de tôles (figure.1.10).

Le rôle de ce circuit magnétique est d’offrir aux flux un chemin préférentiel, en sorte

que la majeure partie du flux crée par un enroulement traverse l’autre enroulement. L’un

des enroulements dit « enroulement primaire », constitué de (n1) spires, et relié à une

source de tension électrique alternative U1.

Bornes Phase

Chapitre I

Université ’A rbi en ’h id i EB

Figure I.10

Un courant I1 traverse cet

le circuit magnétique, traverse l’autre enroulement dit «

constitué de (n2) spires et aux bornes duquel, d’après la loi de

apparaît une tension U2.

Si on ferme cet enroulement sur un circuit extérieur, un courant

secondaire. Le rapport de transformation

spires (n1) et (n2).

v Transformateur triphasé

transformateurs monophasés (dans le cas de très grosses puissan

alors distincts.

On peut aussi juxtaposer les trois circuits magnétiques et confondre en une seule

branche les trois circuits servant de retour au flux

ci-dessous: On obtient alors un circuit magnétique dit à «

flux forcé. [1], [2]

Figure I.11

Figure I.12:

Généralité sur les transformateurs

Figure I.10 : principe de conversion

traverse cet enroulement et engendre un flux (φ) qui est canalisé

le circuit magnétique, traverse l’autre enroulement dit « enroulement secondaire

et aux bornes duquel, d’après la loi de FARADAY

.

Si on ferme cet enroulement sur un circuit extérieur, un courant I2 circulera au

secondaire. Le rapport de transformation U2/U1 dépend évidemment des nombres de

Transformateur triphasé : Un transformateur triphasé peut être constitué par trois

transformateurs monophasés (dans le cas de très grosses puissances) et les circuits sont

.


circuits servant de retour au flux, comme sur les figures (I.11)

obtient alors un circuit magnétique dit à « flux libre » au lieu de celui à

Figure I.11 : circuits monophasés

Figure I.12: circuit triphasés

té sur les transformateurs

Page 7

) qui est canalisé par

enroulement secondaire »,

( = − Ø ), . .

circulera au

dépend évidemment des nombres de

Un transformateur triphasé peut être constitué par trois

ces) et les circuits sont

. .


(I.11) et (I.12)

» au lieu de celui à

Chapitre I

Université ’A rbi en ’h id i EB

I.3.2 Couplages

Il existe plusieurs façons de connecter les enroulements, pour les transformateurs

triphasés de puissance, on rencontre surtout les couplages étoile

triangle (figure I.13) et (figure I.14).

Figure I.13

Figure I.14:

Par ailleurs, pour certains transformateurs de distribution, les enroulements du

secondaire sont connectés en «

divisé en deux moitiés sur deux noyaux

Figure I.15

Généralité sur les transformateurs


triphasés de puissance, on rencontre surtout les couplages étoile-étoile et étoile

(figure I.14).

Figure I.13 : Couplage étoile-étoile

Figure I.14: Couplage étoile-triangle


ndaire sont connectés en « zigzag » (figure I.15). Dans ce cas, chaque bobinage est

divisé en deux moitiés sur deux noyaux différents et mises en série en sens inve

Figure I.15 : couplage zigzag

té sur les transformateurs

Page 8


étoile et étoile –


. Dans ce cas, chaque bobinage est

différents et mises en série en sens inverse.



I.3.3 Schéma équivalent d’un enroulement de transformateur

L’ensemble circuit magnétique-enroulement des transformateurs peut etre

considéré comme réseau électrique complexe de capacités,d’inductances et de

résistances [4] ,voir la figure I.16 suivante:

Figure I.16 : schéma équivalent d’un enroulement

I.4 Caractéristique d’un transformateur de puissance

Les transformateurs de puissance sont caractérisés par :

Ø Puissance nominale : définie par la puissance apparente en KVA ou MVA.

Ø Le rapport de transformation : c’est le rapport entre la tension d’entrée et celle

de sortie à vide :

M=U2/U1 (I.1)

Ø Chute de tension : la différence entre la tension secondaire en charge et celle à

vide.

Ø Rapport de courant : le rapport entre le courant primaire à vide et celui en

charge.

Ø Tension de court circuit : l’essai en court-circuit se pratique en mettant en court-

circuit le secondaire et en augmentant longuement la tension primaire jusqu’à

obtenir dans l’enroulement secondaire le courant secondaire nominal.

Ø Pertes de puissance : comme toute machine électrique, un transformateur est

formé de fer et de cuivre, mais puisqu’il est statique, il est siège de perte des

deux matériaux mais pas des pertes mécanique

Ø Le rendement : toutes les pertes du transformateur étant mesurable, on peut

exprimer le rendement vrai de cet appareil :

é (I.2)



I.5 Défauts affectant les transformateurs

Les défauts pouvant affecter le transformateur de puissance sont cités dans le

tableau suivant [3], [4] : Tableau I.1 : Défauts affectant les transformateurs de puissance

Contraintes Cause possible Défaillances pouvant être occasionnés

Surtension

Externe :

Décharges

atmosphériques

(foudre).

Interne :

Manœuvre

- Les défauts d'isolement entre spires d'un même

enroulement

- Défauts à la masse

- Les défauts entre enroulements.

- Les défauts d'isolement entre l'enroulement sollicité et

une partie conductrice proche (Noyau ou cuve).

- Claquage entre spires.

- Claquage entre enroulement et masse.

- Claquage diélectrique.

- Destruction matérielle.

- Arc : brûlure, feu, défaut d’isolation.

Surcharge

Surcharge

normale

Surcharge

anormale

- Destruction des enroulements aux points les plus

chauds avec court-circuitage de spires

- Dégradation des systèmes d'isolement huile/cellulose

- Naissance d’un échauffement et qui par conséquent

produit des points chauds à l’intérieur de bobines qui

dégradent la qualité de l’isolation en le vieillissant.

Courts-circuits

Externe

Interne

- Incendie au niveau de l'arc du court-circuit.

- Echauffement des circuits magnétiques.

- Échauffement sur le trajet du courant de court-circuit.

- Le courant de court-circuit provoque dans le

transformateur des efforts électrodynamiques qui

tendant à comprimer les enroulements, les spires se

déplacent, les isolant s’usent par frottement ce qui

conduit à l’amorçage entre spires.

- Les courants de défaut réduisent les capacités

mécaniques du conducteur (rupture des conducteurs).



Vieillissement

Cumul des

contraintes

antérieur

-Claquage entre spires.

-Evolution possible à la terre.

Défaut lié a

la technologie

Transformateur

immergés

Transformateurs

à isolation

solide

- Fuite du diélectrique

- La pollution du diélectrique, par présence de particules

issues de la cuve, du noyau ou des isolants, ou par

pénétration d'eau.

- L’huile minérale s’oxyde au contact d’air qui a pour

conséquence d’alterner le facteur des pertes diélectriques.

- La fissuration d'isolant peut également être la

conséquence d'un vieillissement thermique anormal lié à

une mauvaise utilisation du transformateur.

- La présence de polluants externes (poussières) sur de

tels transformateurs perturbe la répartition des contraintes

diélectriques en surface jusqu'à l'apparition de défauts

d'isolement.

- L'approche de masses métalliques à une distance

inférieure à la distante prescrite par le constructeur peut

créer localement une contrainte excessive pour l'isolation.

Défaut de

montage

Fusion des tôles du circuit magnétique

Le défaut à la

terre

Destruction du transformateur et du circuit magnétique.

Déséquilibre

de la charge

Naissance d’un flux induisant un échauffement du circuit

magnétique et les parties qui les entourent.

I.6 Protection des transformateurs

Les protections d’un transformateur peuvent avoir pour but, soit de soustraire le

transformateur à une contrainte excessive, soit de limiter les conséquences d’un défaut

interne [4].

Pour la détection des défauts, le transformateur est équipé des protections : internes

et externes.



I.6.1 Protections interne

I.6.1.A Relais Buchholz

Ce capteur (figure I.17) permet de détecter toute sorte de dégagement de gaz à

l’intérieur du transformateur, et provoque le déclenchement instantané du

transformateur.

Il permet aussi à l’exploitant de tester le gaz emmagasiné dans ce relais et voir s’il

est inflammable ou pas et ce pour statuer sur l’état du transformateur.

Figure I.17 : Relais Buchholz

I.6.1.B Soupape de surpression

Cette soupape (figure I.18) est une protection utilisée pour :

• Décharger instantanément la surpression interne du transformateur (ΔP= 0.7

bar).

• Déclanchement instantané du transformateur avec verrouillage.

Figure I.18 : soupape de surpression



I.6.1.C Thermomètre Une image thermique dont l’élément de mesure est prolonge à l’intérieur d’un

doigt de gants fixé sur le couvercle de la cuve.

I.6.2 Protections externe

I.6.2.A les relais

A l’origine, les relais de protection étaient de type analogique et effectuaient

generalement une seule fonction. Actuellement, la technologie numérique est la plus

employée. ils sont des appareils qui comparent en permanence les grandeurs électriques

du réseau à des seuils prédéterminés et qui donnent, automatiquement des ordres

d’action ou une alarme lorsque la grandeur surveillée dépasse le seuil.

Le role de protection et de detecter tout phenomene anormal pouvant se produire sur un

reseau éléctrique tel que : court-circuit, variation de tension, dysfonctionnement d’une

machine…etc.

I.6.2.B Fusible à haut pouvoir de coupure

Cette protection a le double role de protéger le transformateur dans le cas de

surintensités du courant de forte amplitude, ou de limiter les conséquences d’un défaut

interne.

Le fusible ou le disjoncteur placé en amont de l’enroulement à haute tension ont plutôt

pour but de protéger le réseau.

I.6.2.C Parafoudre et éclateur de protection

Leur role est de protéger le transformateur contre les surtensions excessives dont

l’origine peut être :

• soit les manœuvres de disjoncteurs dans des circonstances particulières.

• soit les coups de foudre en ligne.

• soit un défaut d’isolement en ligne,…etc.

I.6.2.D Protection différentielle

Compare les courants entrants et sortants du transformateur :



• ΔI=0 en service normal sans défaut et en cas de défaut externe (en dehors de la

zone protégée).

• ΔI≠0 pour un défaut interne (à l’intérieur de la zone protégée)

I.7 Maintenance des transformateurs

L’objectif de la maintenance est d’assurer la fiabilité, la disponibilité et la durée

de vie des installations [4]. Elle est basée essentiellement sur le contrôle de :

Ø Aspect générale : périodicité chaque mois

• Contrôle général.

• propreté.

• Etat extérieur des bornes.

• Etat de la peinture.

• Bruit.

Ø Humidité :

• périodicité chaque mois

• Contrôle de l’état de dessiccateur « silicagel »

• Mesure de l’humidité dans le papier.

Ø Groupes de réfrigération :

• Permutation des groupes de réfrigération (périodicité 3 mois).

• Nettoyage des radiateurs (périodicité 1 ans).

• Remplacement des enroulements des ventilateurs (périodicité 8 ans).

Ø Huile :

• Analyse physico-chimique (périodicité 2 ans).

• Analyse de gaz dissous.

• Analyse des composés furaniques.

Ø Bornes de traverses :

• Contrôle des niveaux d’huile ou des pressions (périodicité 6 mois).

• Nettoyage des porcelaines (périodicité de 6 à 12 mois).

Ø Contrôle de l’étanchéité : périodicité chaque ans

• Les vannes

• Couvercle

• La soupape de surpression.



I.8 Conclusion

Ce chapitre a été consacré à donné des généralités sur les transformateurs de

puissances : leurs constitution, leurs principe, leurs applications ainsi que leurs

caractéristiques et avantages qui nous permit de les modéliser et les utiliser pour simuler

les circuits électriques.

Chapitre II

Université L’Arbi Ben M’hidi OEB

Chapitre II

II.1 Introduction

L’objectif de ce chapitre est de présenter la procédure de calcul des paramètres

des enroulements du transformateur de puissance

de ce dernier. En suite on présente le modèle du transformateur de puissance adopté en

tenant compte des équations mathématiques du schéma équivalent du transformateur.

II.2 Schéma électrique équivalent du transformateur

Le schéma équivalent d’un transformateur

pour une tension déterminée U

établir la structure de ce schéma il faut exprimer la tension primaire U

transformateur par le courant primaire I

Figure II.1 : schéma électrique

C’est le schéma dans lequel l’impédance

l’impédance et + placées en parallèle qui

L’impédance équivalente du transformateur de puissance

E

Z

U

Calcul des transformateur

Chapitre II Calcul des transformateurs


des enroulements du transformateur de puissance en vue d’une étude de comportement



Schéma électrique équivalent du transformateur de puissance

Le schéma équivalent d’un transformateur en charge doit consommer au réseau,

pour une tension déterminée U1, le même courant I1 que le transformateur réel. Pour

tructure de ce schéma il faut exprimer la tension primaire U

formateur par le courant primaire I1.

électrique équivalent du transformateur ramené au primaire

C’est le schéma dans lequel l’impédance Z1 est mise en série avec

placées en parallèle qui donnent une telle impédance

du transformateur de puissance est présentée par la relation = +

Z U

I

I I

Z

transformateurs

Page 16

s


en vue d’une étude de comportement



de puissance

en charge doit consommer au réseau,

que le transformateur réel. Pour

tructure de ce schéma il faut exprimer la tension primaire U1 du

ramené au primaire

t mise en série avec

une telle impédance [5].

par la relation :

II.1

Z

Chapitre II


II.3 Détermination des paramètres du transformateur de puissance par

les essais

Pour la détermination des paramètres

commode d’utiliser les deux régimes extrêm

l’essai de court circuit.

II.3.1 L’Essai à vide

L’essai à vide consiste à mesurer les grandeurs absorbées par le transformateur

fonctionnant sans charge.

L’enroulement primaire est soumis à la source tandis que l’enroulement secondaire

n’est raccordé à aucun circuit d’utilisation (ouvert

( = 0), le courant circulant dans le primaire vaut

du transformateur, il est déterminé par l’impédance à vide

équivalent (Figure II.2) [6].

Il a pour but de déterminer :

- La valeur de la puissance perdue dans le fer pour

magnétique ; les pertes de fer du transformateur

avec l’entière puissance absorbée à vide.

- La valeur du courant à vide

connaissance est utile surtout pour évaluer le degré de saturation du

courant à vide est, en effet, en pourcentage très modeste de celui nominal et circule

dans le seul enroulement primaire

sont parfaitement négligeables par rapport

Figure II.2


Détermination des paramètres du transformateur de puissance par

détermination des paramètres du transformateur de puissance, il est le plus

commode d’utiliser les deux régimes extrêmes de fonctionnement : l’essai



n’est raccordé à aucun circuit d’utilisation (ouvert), le courant secondaire devient

e courant circulant dans le primaire vaut I0, ce courant est dit courant à

du transformateur, il est déterminé par l’impédance à vide donnée par le schéma

La valeur de la puissance perdue dans le fer pour l’effet de l’hystérésis

es pertes de fer du transformateur sont pratiquement coïncidente

avec l’entière puissance absorbée à vide.

valeur du courant à vide Io et du facteur de puissance ( connaissance est utile surtout pour évaluer le degré de saturation du


dans le seul enroulement primaire ; il détermine ainsi les pertes dans le cuivre qui

sont parfaitement négligeables par rapport à la valeur des pertes de fer.

2 : schéma équivalent du transformateur à vide

transformateurs

Page 17

Détermination des paramètres du transformateur de puissance par

il est le plus

: l’essai à vide et



), le courant secondaire devient nul

, ce courant est dit courant à vide

ée par le schéma

effet de l’hystérésis

pratiquement coïncidentes

), dont la

connaissance est utile surtout pour évaluer le degré de saturation du noyau; le


; il détermine ainsi les pertes dans le cuivre qui


Université L’Arbi Ben M’hidi OEB Page 18

II.3.1.1 Détermination des paramètres par l’essai à vide

En marche à vide, dans le circuit équivalent de la figure II.1 il convient de poser ` = ∞. Vue que Z1 << m, (on peut considérer que Z1=0 et U1 = E1 = Zm. Im).

L’essai à vide est effectué d’après le schéma de la figure II.2, l’enroulement

secondaire étant ouvert (non chargé) [9].

La puissance de la source à tension réglable qui serve à alimenter l’enroulement

est faible et ne constitue que quelques pourcents de la puissance du transformateur. La

tension U1 est élevée de façon continue à partir de zéro jusqu’à : 1.1 ∗ 1 . On mesure

à la fréquence nominale ƒ = ƒ l’intensité du courant I1=I0 et la puissance P0

consommée par le transformateur. On construit d’après les résultats des mesures, les

courbes traduisant la variation, en fonction de la tension simple U1, du courant simple à

vide I0, de la puissance P0 et du facteur de puissance = II.2

Dans le transformateur triphasé les courbes sont construits pour le courant simple moyen ; I = II.3

Et la tension simple moyenne U = II.4

Le : est déterminé d’après I0 et U1 [5].

Figure II.3 : Diagramme vectoriel de transformateur à vide

I

U

V R I

X I

φ



En utilisant les données de l’essai à vide sous tension nominale, on calcule les

paramètres du transformateur suivants :

II.3.1.1.A Le rapport de transformation k

Le rapport de transformation k définit par le rapport de la tension secondaire à la

tension primaire ou par le rapport de nombre de spires secondaire par rapport au

primaire. = = II.5

II.3.1.1.B Le courant à vide Io

Le courant à vide est déterminé par l’expression suivante : = ( ) ( ) II.6

Le dénominateur est appelé l’impédance à vide de transformateur.

Le courant en pourcent est déterminé par la relation suivante : (%) = 100% II.7

Pour les transformateurs normaux 1 << , 1 << donc l’impédance à vide

est celle de la branche de magnétisation.

= + II.8

Le courant à vide comporte une composante réactive destinée essentiellement à

l’excitation du circuit de magnétisation (courant de magnétisation) et une composante

active correspondant aux pertes à vide. = + II.9

Le courant à vide est de l’ordre de 0.5% à 10% du courant nominale [5].

II.3.1.1.C Facteur de puissance

Nous allons le calculer par la relation suivante : = √ II.10



L’impédance mutuelle est définie à partir de la relation suivante pour Z1≈0 = II.11

Sa composante résistive = II.12

Et sa composante réactive = II.13

II.3.1.1.D Les pertes à vides

Bien que le circuit magnétique du transformateur soit constitué par un empilage

de minces tôles d’acier spécial, les pertes magnétiques qui s’y produisant par

l’hystérésis et le courant de Foucault se chiffrent par 0.1 à 2 % de la puissance du

transformateur.

Quant les pertes électriques à vide dans l’enroulement primaire sont : P = R I II.14

Elles peuvent être négligées parce que, le courant à vide étant très faible, elles sont très

inférieures aux pertes en régime nominal. P = R I II.15

En négligent les pertes électriques, on peut considérer que les pertes à vide Po sont

égales aux pertes dans le fer : P ≈ P II.16

Et P = U I cosφ II.17

Donc la puissance active absorbe à vide sera dissipée sous forme des pertes fer [9].

II.3.2 L’essai en court-circuit

L’essai en court-circuit consiste à mesurer les grandeurs absorbées par le

transformateur quand son secondaire est fermé en court-circuit et le primaire est

alimenté comme une tension opportunément réduite de façon que le courant dans les

deux enroulements résulte égaux à ceux nominales.

Chapitre II


Il a pour but de déterminer :

- La valeur de la puissance perdue pour effet joule dans les enroulements.

- La valeur de la tension

La puissance absorbée par le transformateur dans le fonctionnement en court

coïncide avec les pertes dans le cuivre du transformateur

Le court-circuit d’un transformateur est un régime de fonctionnement limite où

l’enroulement secondaire est fermé

secondaire U2 est nulle, le court

transformateur car il alimente sous une tension nominale et les courants de C sont de l’ordre de 2,5

II.3.2.1 Hypothèse de KAPP

KAPP suppose que la branche de magnétisation ayant une perméabilité

grande.

Figure

Nous avons pris : =D’après la loi des mailles on obtient

Figure II.

I

U


La valeur de la puissance perdue pour effet joule dans les enroulements.

La valeur de la tension de court-circuit et du facteur de puissance

La puissance absorbée par le transformateur dans le fonctionnement en court

le cuivre du transformateur.

circuit d’un transformateur est un régime de fonctionnement limite où

l’enroulement secondaire est fermé sur lui-même et par conséquent la tension

est nulle, le court-circuit d’exploitation est d’un grand danger pour le

transformateur car il alimente sous une tension nominale et les courants de C

sont de l’ordre de 2,5 à 7 fois les valeurs nominales [7].

Hypothèse de KAPP

la branche de magnétisation ayant une perméabilité

ure II.4 : Schéma équivalent de KAPP

+ et = + obtient : = + +

II.5 : Diagramme vectorielle de Fresnel

I = I U

I

φ U

U

jX I

R I ΔU

φ

transformateurs

Page 21

La valeur de la puissance perdue pour effet joule dans les enroulements.

circuit et du facteur de puissance cosφ . La puissance absorbée par le transformateur dans le fonctionnement en court-circuit

circuit d’un transformateur est un régime de fonctionnement limite où

même et par conséquent la tension

circuit d’exploitation est d’un grand danger pour le

transformateur car il alimente sous une tension nominale et les courants de C-C

la branche de magnétisation ayant une perméabilité μ très

II.18

U

Chapitre II


: Est en arrière sur ( : Déphasage entre ( , )

: Déphasage entre ( , ) = Et

Le schéma équivalent du transformateur en court

secondaires ramenées au primaire

court-circuit d’exploitation) se fait sous une tension réduite, p

fonctionnement, le transformateur ne fournit aucun travail et la détermination de la

puissance dépensée pour compenser les pertes du C

Figure II.6 : schéma équivalent du

L’essai en C-C se pratique en mettant le secondaire en court

et en augmentant lentement la tension primaire jusqu’à I

- La tension primaire est très inférieure à la tension nominale

- L’induction maximale Bpertes-fer sont négligeable

( = ) dans l’enroulement, et la F.M.M résultante est très faible

Et

U


en arrière) ) ) = donc =

schéma équivalent du transformateur en court-circuit dans lequel les grandeurs

secondaires ramenées au primaire, et l’essai en court-circuit (Ne pas confondre avec le

circuit d’exploitation) se fait sous une tension réduite, pendant ce régime de

tionnement, le transformateur ne fournit aucun travail et la détermination de la

puissance dépensée pour compenser les pertes du C-C est nécessaire.

schéma équivalent du transformateur en court circuit

pratique en mettant le secondaire en court-circuit par exemple

et en augmentant lentement la tension primaire jusqu’à I1cc=I1n et I2cc=I2n dans ce cas

La tension primaire est très inférieure à la tension nominale U1n, U1cc << UB dans la marche en court-circuit est très faible donc les

fer sont négligeables et la puissance absorbée représente les pertes joule

) dans l’enroulement, et la F.M.M résultante est très faible

=

=

I

transformateurs

Page 22

II.19

circuit dans lequel les grandeurs

circuit (Ne pas confondre avec le

ndant ce régime de

tionnement, le transformateur ne fournit aucun travail et la détermination de la

transformateur en court circuit

circuit par exemple

dans ce cas :

<< U1n.

circuit est très faible donc les

et la puissance absorbée représente les pertes joules

) dans l’enroulement, et la F.M.M résultante est très faible. [6]

II.20

II.21



II.3.2.2 Détermination des paramètres par l’essai en court-circuit En court circuit, l’impédance de la charge et la tension secondaire sont nulles

( =0 et U2=0), en triphasé on voit un C-C symétrique lorsque toutes les bornes de

l’enroulement secondaire sont mises en court-circuit entre elles.

Figure II.7 : Diagramme vectoriel de transformateur en court-circuit

II.3.2.2.A Tension de court-circuit U1cc

Nous avons abaissé la tension appliquée au transformateur jusqu’à la valeur U

pour laquelle les courants dans les enroulements du transformateur sont égaux aux

valeurs nominales correspondantes est appelée la tension nominale de C-C ou

simplement tension de C-C, pour une tension de C-C en pourcent: (%) = 100 II.22

Par définition La tension U1cc est égale au produit du courant par l’impédance du court-

circuit Z1cc vue du primaire : = II.23 La tension de C-C a deux composantes U1cca et U1ccr qu’on appelle respectivement

la chute de tension de la résistance du C-C R1cc du primaire (composante active), et la

chute de tension de la réactance du C-C X1cc vue du primaire (composante réactive)[5]. = + II.24

Avec = = 100 = [ ] [ ] II.25

=

=

=

φ



= = 100 = − II.26

II.3.2.2.B L’impédance de court circuit Z1cc L’impédance de court circuit Z1cc est définie par :

= = + II.27

Sa composante active = = II.28

Et sa composante réactive = − = II.29

II.3.2.2.C Pertes de court-circuit

En régime de court-circuit la puissance active absorbée P1cc sera dissipée sous

forme des pertes joules dans R1cc [7]. = = II.30

Et la puissance réactive sera consommée dans X1cc = = II.31

II.4 Rendement Le rendement de n’importe quelle machine (appareillage ou installation) est donné

par le rapport : = ( ) ( é ) II.32

Figure II.8 : Rendement d'un transformateur



II.5 Bilan d’énergétique

Le bilan énergétique du transformateur montré par la figure suivante

Figure II.9 : Bilan énergétique d'un transformateur

Bilan des puissances [8] : = + + + II.33

II.6 Conclusion

Ce chapitre donne une étude théorique, d’après cette analyse nous avons présenté

le calcul des paramètres du transformateur en deux régimes de fonctionnement (à vide

et court-circuit), qui nous permet d’élaborer notre modèle du transformateur de l’EMTP.

Primaire Circuitmagnétique Secondaire

Puissanceabsorbée

Pertes ferromagnétiquesPfer

Pertes jouleau secondaire

PJ2

Pertes jouleau primaire

PJ1

Puissanceutile

P1 = U1.I1.cosϕ1 P2 = U2.I2.cosϕ2

Chapitre III Application



III.1 Introduction

Le calcul du transformateur d’après les essais permet de déterminer ses paramètres.

Dans ce chapitre, une étude expérimentale qui a été faite au sein de laboratoire des réseaux

électriques, département d’électrotechnique université de Sétif, pour calculer les

paramètres du transformateur qui nous allons les implanter dans le modèle SAT (Saturable

Transformer) de L’EMTP.

III.2 ATP-EMTP, Outil d’étude de transitoires sur les réseaux

EMTP est un logiciel de calcul des transitoires électriques se propageant sur un

réseau. Du point de vue informatique, il est composé d’un environnement graphique, qui

permet de construire le réseau à étudier à partir d’une bibliothèque (connexion de

résistances, inductances, capacitances, circuits en pi, lignes, machines…) et permet de

calculer :

- d’écoulement de puissance;

- de régime permanent;

- de transitoires en temporel.

Les principes théoriques utilisés dans EMTP sont présentés dans de nombreuses

publications scientifiques. L'EMTP a plusieurs modèles des transformateurs, parmi les

quels nous avons choisi le modèle SAT.

III.3 Application

Nous allons présenter dans cette partie une étude sur un transformateur de puissance

triphasé 380v ayant la plaque signalétique indiquée dans la figure III.1, afin de trouver les

paramètres du circuit équivalent.

v Matériels utilisés

Ø Source variable triphasé.

Ø Un transformateur triphasé 380 V/130 V.

Ø Deux wattmètres pour mesurer la puissance de la ligne.

Ø Trois capteurs de courant pour mesurer les courants de phases.

Ø Un capteur de tension pour mesurer la tension.



Ø Un disjoncteur pour la protection de système.

Ø Des files de connexion.

Ø Un oscilloscope numérique pour visualiser les allures des courants et tensions.

Figure III.1 : plaque signalétique du transformateur utilisé

III.3.1 Calcul des paramètres du transformateur

En raison de déterminer les paramètres du transformateur nous allons faire des essais

tel que : l’essai à vide et en cout circuit.

III.3.1.A L’essai à vide

L’essai à vide consiste à appliquer une tension nominale au primaire en gardant le

secondaire à vide. La mesure du courant, de la puissance et de la tension permet de

déterminer les paramètres shunts du circuit équivalent.

Figure III.2 : Schéma du montage du circuit à vide



Figure III.3 : Photo réel de l’essai à vide

Nous avons réalisé le montage de la figure III.3 pour mesurer les paramètres suivants :

v La puissance

Pour mesurer la puissance à vide en utilise la méthode des deux wattmètres : P = P + P et Q = √3(P − P ) Les mesures donnent les valeurs suivantes :

= 60 P = 26 W

Donc : = 86 Q = 58,82

v Tension de phase = 220

v La valeur du courant à été calculé avec la moyenne des trois courants de phases : = + + 3 = 0,683 = 0.226



L’oscilloscope numérique donne les allures de la tension et des courants

illustré dans la figure ci-dessous :

Figure III.4 : Les allures de la tension et des courants pour l’essai à vide

v Rapport de transformation

Puisque le circuit équivalent ramené au primaire on prend :

= = 130380 = 0,34

v Facteur de puissance ( ) = √3 = 86√3. 380.0,226 = 0,57

Donc : ( ) = 0,81

v Les paramètres de circuit magnétique et = = , = 1688,37 Ω

= = , = 2466,03 Ω

V0

I10

I20

I30



III.3.1.B L’essai de court-circuit

L’essai en court-circuit consiste à appliquer la tension réduite (valeur minimale) au

primaire en gardant le secondaire en court-circuit, puis on augmente la tension primaire

jusqu’à le courant primaire atteint sa valeur nominale. On mesure la tension, le courant et

la puissance de court-circuit.

Figure II.5 : schéma de montage de l’essai de court-circuit

Figure III.6 : photo réel de l’essai en court-circuit

Les résultats de mesure que nous avons obtenu par l’essai de court-circuit sont : = 7,82 = = 2,45



v La puissance de court-circuit

Nous avons utilisé la méthode de deux wattmètres pour calculer la puissance totale :

= 33 P = 17 W = + = 50 Q = √3. ( − ) = 27,68

Figure III.7 : Les allures de la tension et des courants pour l’essai en court-circuit

v L’impédance de circuit

= 3 = 503. 2,45 = 2,77Ω = = 14,72,45 = 6 Ω

= − = 5,33 Ω

= + = +

V0

I10

I20

I30



Nous avons trouvé d’après la littérature que : = = = , = 1,38 Ω = . = 1,38. (0,34) =0,16 Ω = = 2 = 5,332 = 2,66 Ω

= . = 2,66. (0,34) = 0,30 Ω

= 2. . ƒ = 2,66314 = 0,0084

Donc: = 8,4

= 2. . ƒ = 0,30314 = 0,001

Donc: = 1

III.4 Elaboration d’un modèle d’un transformateur

Il existe dans la bibliothèque de l’EMTP plusieurs modèles des transformateurs

parmi les nous avons choisi le transformateur saturable (SAT) qui est représenté par la

figure suivante :

Figure III.8 Modèle du transformateur de l’EMTP

En double clique sur l’icône du modèle de l’EMTP nous obtenons la fenêtre suivante, ensuite nous remplissons les paramètres trouvés précédemment :



Figure III.9 Paramètres du transformateur

Dans la figure suivante nous remplissons la caractéristique tension courant du circuit

magnétique:

Figure III.10 La caractéristique tension courant du circuit magnétique

Si nous avons cliqué sur le bouton « view » de la figure précédente nous pouvons voir la

courbe de saturation du circuit magnétique comme monte la figure suivante.



Figure III.11 La courbe de saturation du circuit magnétique

Le courant d’excitation augmente bruissement dès que l’on dépasse la tension nominale

de 380V. On observe d’après la figure III.11 que le courant d’excitation est de 0.226A,

alors que le courant de pleine charge est de 2.45A. C'est-à-dire qu’en régime normale

représente seulement , , = 0,092 = 9,22% du courant nominal.

III.5 Implantation du modèle élaboré dans l’EMTP

Nous avons implanté notre modèle élaboré dans un circuit électrique pour observer le

comportement du transformateur comme présentent les cas suivants :

• Premier cas : Transformateur à vide

Dans ce cas nous avons pris un cicruit éléctrique avec transformateur (SAT) sans charge:

Figure III.12 Circuit éléctrique du transformateur à vide

U



La simulation du montage donne les allures des courants de phaes et les tensions primaires

et secondaires du transformateur étudié comme suit :

Figure III.13 Les Courants à vide des phases

Figure III.14 Les tensions primaires et secondaires aux bornes du transformateur

Les résultats présentés précédemment montrent les tensions primaires et secondaires

ainsi les courants des phases, nous pouvons remarquer que les allures de simulations

(file EEEE1.pl4; x-var t) c:X0017A-X0003A c:X0017B-X0003B c:X0017C-X0003C 0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]

-0.500

-0.375

-0.250

-0.125

0.000

0.125

0.250

0.375

0.500

[A]

(file EEEE1.pl4; x-var t) v:X0004A v:X0004B v:X0004C v:X0003A v:X0003B v:X0003C 0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]

-600

-400

-200

0

200

400

600

[V]



proche aux allures trouvées par les essais pratiques, dans ce cas nous pouvons conclure que

notre modèle du transformateur fonctionne normalement.

• Deuxième cas : Transformateur en charge résistive

Figure III.15 circuit électrique du transformateur avec charge résistive

Après la simulation, nous avons obtenu les résultats suivants :

Figure III.16 formes de tension et courant avec une charge résistive

Les formes d’ondes illustrées par la figure III.16 montrent que la tension est en phase

avec le courant, ce qui explique le cas d’une charge résistive.

• Troisième cas : Transformateur en charge inductive.

De même, si nous avons prend une charge inductive, nous remarquons qu’il y un

déphasage entre le courant et la tension avec retard comme montre la figure ci-dessous.

(f ile EEEE1.pl4; x-var t) v:X0006A c:X0019A-X0005A 0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200[V]

-12

-8

-4

0

4

8

12

[A]



Figure III.17 formes de tension et courant avec une charge inductive

• Quatrième cas : Transformateur avec charge capacitive

Figure III.18 formes de tension et courant avec une charge capacitive

La figure III.18 montre que le courant est en avance par rapport à la tension.

(f ile EEEE1.pl4; x-v ar t) v :X0006A c:X0019A-X0005A 0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200[V]

-10.0

-7.5

-5.0

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0[A]

(f ile EEEE1.pl4; x-var t) v:X0006A c:X0019A-X0005A 0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]

-250.0

-187.5

-125.0

-62.5

0.0

62.5

125.0

187.5

250.0[V]

-12

-8

-4

0

4

8

12

[A]



III.5 Conclusion

Dans ce chapitre, une application numérique a été effectuée sur les équations

mathématiques développées dans le chapitre précédent.

Cette application réelle a été appliquée sur un transformateur triphasé

380V/130V à vide et en court-circuit, nous avons obtenu des résultats permettent

d’élaborer le modèle du transformateur SAT (saturable transformer) de l’EMTP.

Nous avons terminé ce travail avec des simulations que nous avons fait sur le

transformateur élaboré, nous pouvons conclure que notre modèle donne des

résultats acceptables comparant avec ceux des essais pratiques.

Conclusion Générale

Université ’A rbi en ’h id i OEB Page 39

Conclusion Générale

Le transformateur est un appareil statique à induction électromagnétique destiné à

transformer un système de grandeurs variables à un autre système des courants et des

tensions généralement différentes mais de même fréquence. Le transformateur c’est

l’élément essentiel dans un réseau électrique.

D’après cette étude nous avons présenté théoriquement l’importance du

transformateur dans un réseau électrique, avec son rôle et sa nécessité pour le transport.

Ce travail est basé sur le calcul du transformateur de puissance triphasé de

distribution où l’étude pratique qui nous avons fait sur un transformateur triphasé de

puissance de 2,8 KVA, permet de définir les paramètres du transformateur à l’aide des

deux régimes de fonctionnement du transformateur (à vide et en court-circuit) :

En fin, nous avons choisi le logiciel de simulation EMTP pour élaboré un modèle

du transformateur lequel SAT (saturable transformer), nous avons implanté les

paramètres qui nous avons introduis par des essais pratiques, puis nous avons testé le

modèle du transformateur dans un circuit électrique pour valider le modèle.

D’après les résultats de simulation obtenus pour l’essai à vide comparativement

avec celles des essais pratique sont presque les mêmes, aussi nous pouvons dire que le

transformateur joue son rôle normalement pour une charge quelconque.

Comme perspectives :

- Etude de ce transformateur sous déférents phénomènes.

- Elaboration du deuxième modèle de transformateur (BCTRAN), qui demande à

l’utilisateur les paramètres des essais pratiques puis lui donne les éléments du

circuit équivalent.

Nomenclature : L’impédance équivalente du transformateur de puissance. : L’impédance primaire. : L’impédance de la branche de magnétisation. : L’impédance secondaire ramenée au primaire. : L’impédance de charge ramenée. : Puissance à vide. : Tension à vide. : Courant à vide. I : Courant à vide de la première phase. I : Courant à vide de la deuxième phase. I : Courant à vide de la troisième phase. U : Tension de la première phase. U : Tension de la deuxième phase. U : Tension de la troisième phase. : Tension primaire. : Tension secondaire. : Nombre de spire de l’enroulement primaire. : Nombre de spire de l’enroulement secondaire. : Résistance de l’enroulement primaire. : Réactance de l’enroulement primaire. : Résistance de fuite de circuit magnétique. : Réactance de fuite de circuit magnétique. : Courant nominale. : L’impédance à vide de la branche de magnétisation : Courant de magnétisation. (À vide = ) : Courant de magnétisation active.

: Courant de magnétisation réactive. : Puissance active à vide par phase. : Puissance réactive à vide par phase. : Tension nominale. P : Pertes électriques à vide. P : Pertes électriques de régime nominal. P : Pertes magnétiques. : Déphasage entre ( , ). : Déphasage entre ( , ). : Puissance absorbé de court-circuit. : Pertes par effet de joules. : Courant primaire en court-circuit. : Courant secondaire en court-circuit. : L’impédance de C-C. : Tension active de C-C. : Tension réactive de C-C. : La composante active de l’impédance de C-C. : La composante réactive de l’impédance de C-C. : La puissance réactive en C-C. : Rendement du transformateur. : Pertes joules au primaire. : Pertes joules au secondaire. : Pertes ferromagnétiques. : Puissance utile.

Bibliographie

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Bruxelles, 1999

[2] Collection J.Niard « Machine électrique classe terminale F3».

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Electrical Enginnering Sweden, 2006.

[4] Cahier de charge de la SONELGAZ, « Doctrines de la maintenance des

transformateurs ».

[5] A.Ivanov et Smokenski, « Machines électriques », 3eme Edition Mir.Moscou,

traduit du russe par V.Koliméev, 1983.

[6] DANG.VAN.DAO, « Conception d’un transformateur triphasé de distribution

d’énergie électrique ». Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du diplôme

d’études universitaires appliquées D.E.U.A en électronique. Centre universitaire

O.E.B 1992/1993.

[7] Dang.Van.Dao et Truong Tringo, « Etude expérimentale des caractéristiques du

transformateur triphasé ». Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du

diplôme d’études universitaires appliquées D.E.U.A en électronique. Centre

universitaire O.E.B Juin 1993.

[8] http : //www. La grande falaise.com/ site des éditions la grande falaise mesures et

essais d’un transformateur monophasé

http : //www. La grande falaise.com/ transformateur léger.

[9] M.Kostenko et L.Piotravski, « Machines électriques », 3eme Edition Mir.Moscou,

traduit du russe Ch.Bir, 1979.

Modélisation du transformateur de puissance

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