Le TransformateurLe Transformateur

Le TransformateurLe Transformateur

1 Le contexte

2 Repérages et notations

3 Le transformateur parfait

4 Les transformateurs spéciaux

5 Le transformateur réel

6 Essais sur le transformateur

7 Mise sous tension

Le contexteLe contexte

Qu’est-ce qu’un Transformateur ?Quand l’utilise-t-on ?Quelles sont ses propriétés essentielles ?Comment est-il fabriqué ?

Qu’est-ce qu’un transformateur ?Qu’est-ce qu’un transformateur ?

C’est un convertisseur statique destiné à modifier l’amplitude des signaux ALTERNATIFS tout en conservant la même fréquence.

Il est aux systèmes électriques ce qu’est le réducteur aux systèmes mécaniques.

Qu’est-ce qu’un transformateur ?Qu’est-ce qu’un

transformateur ?

Primaire Alimentation

Secondaire Utilisation

Tension U1

Courant I1

Fréquence f1

Tension U2 U1

Courant I2 I1

Fréquence f2 = f1

u1

i1

u2

i2

sou

rce

char

ge

U2 < U1 AbaisseurU2 > U1 Elévateur

U2 = U1 Séparateur

Quand l’utilise-t-on ?Quand l’utilise-t-on ?

Pour adapter la tension, le plus souvent pour l’abaisser

Pour séparer galvaniquement deux circuits électriques

Pour changer le nombre de phases

Quelles sont ses propriétés essentielles ?

Quelles sont ses propriétés essentielles ?

- Alimenté, au primaire, par une source de tension parfaite, il se comporte, vu du secondaire, comme une source de tension quasi parfaite. La chute de tension en charge est très faible ( < 5%)

- Le rendement est excellent ( > 95 % )- Le coût est modéré et il est d’une très grande robustesse- La gamme des puissances s’étend de 1 VA à 100 M VA- Le courant absorbé à vide est très faible- Le modèle du transformateur parfait rend compte de son comportement à mieux que 95% ( 19/20 )

- Lors de la mise sous tension à vide, le courant d’appel peut être très important

Comment est-il fabriqué?Comment est-il fabriqué?

La carcasse magnétique est un empilage de tôles

Secondaire

Isolant

Noyau Primaire

Repérage et notationsRepérage et notations+

i2

u2e1 e2

u1

i1

i1

u2

i2

sou

rce

char

ge

u1

Le transformateur parfaitLe transformateur parfait

dt

dneu

222

U1

Source

Charge

U2

I2

ZCh

I1

dt

dneu

111

1

2

1

2

nn

uu

1

2

nn

10

20

U

Um

Pour les valeurs efficaces

Le transformateur parfaitLe transformateur parfait

)(1)(2 m tt uu

02211 ininB

nildH

Pour les valeurs instantanées

Le théorème d’Ampère donne :

La perméabilité étant infinie

)(2)(21

2)(1 m

n

nttt iii

- m u1 = u2

i2

char

ge

u1

- m i2 = i1

source

Le transformateur parfaitLe transformateur parfait

- m u1 = u2

i2

char

ge

u1

- m i2 = i1

source

U1eff = 4,44 f n1 Bmax S U2eff = 4,44 f n2 Bmax S

U2

U1

I1

I2

(imposé par U1)

1

2

Le transfo réel

Les transformateurs spéciaux

Les transformateurs spéciaux

L’autotransformateur (ATV)

Le transformateur de potentiel (TP)

Le transformateur de courant (TC)

Transformateurs à plusieurs secondaires

Transformateur d’adaptation

L’autotransformateurL’autotransformateur

u1

i1 n1

u2

i2

source

n2

u1 u2

0%100%

120%

Le transformateur de potentiel

Le transformateur de potentiel

TP1/1000

HT

à

mes

urer

Ex 

: 20

kV

20VV

Le transformateur de courant

Le transformateur de courant

Fort courant à mesurerEx : 5 000 A

A

TC1000/1

5 A

A

Courant alternatifà mesurer

PinceAmpère-métrique

Le transformateur à plusieurs secondairesLe transformateur à

plusieurs secondaires

u1

u2

u3

un

u1

u2

u’2

Ph1

neutre

Ph2

u’2

u1

u2

Le transformateur à plusieurs secondairesLe transformateur à

plusieurs secondaires

u1 u2u1

u2

0 V

230 V

400 V 24 V

0 V

-10%

+10%

Le transformateur d’adaptation

Le transformateur d’adaptation

Source Charge

u

iRg

RLeg

Pu

RL

RLopt = Rg

Pumax = E2g/4Rg

Le transformateur réelLe transformateur réel

Schéma « Naturel »Schéma « Naturel »

l1 l2r1 r2

-m u1

i1

u1

-mi2 i2

u2RF

u’1

LP

Résistance du fil

Inductance magnétisante

Pertes fer

Inductance de fuites

Le transformateur réelLe transformateur réel

u2-m u1

-mi2RF

i1

u1

i2

XS = ls RS

Schéma « simplifié »

Schéma « simplifié »

LP

iM

i10

Une seule résistance pour

rendre compte des pertes Cuivre

Une seule inductance pour

rendre compte des fuites

u2-m u1

-mi2i2

XS = ls RSi1

u1

Rs.I2

jXs.I2

U2

2

-m.U1

U2 H

I2O I2

O

U2

-m.U1

KH

2

U2

Rs.I2 L

M

jXs.I2

A

2

Zs.I2

C

U2 = OH = OK + KH = OK + LM

U2 = RSI2cos(2) + XSI2sin(2)

-mU1 = U2 + RSI2 + jXSI2

Modèle simplifié de « Kapp»Modèle simplifié de « Kapp»

I2N

U2N

U20

u2

i20

cos2 = 0,8 AV (K)

cos2 = 0,8 AR (L)

cos2 = 0 (R)

U1 = ctefP2 = cte

Caractéristique en chargeCaractéristique en charge

PertesPu

Pu

η

Pfer U12

Pcuivre I22

Pu = U2 I2 cos 2Pabs

2SS10222

222

IRP.cos.IU

.cos.IUη

RendementRendement

i20

U1 = ctefP2 = cte

100 %

Iopt

I2N

max

S

10opt R

PI

RendementRendement

dit « Essai à vide »

On mesure : U20, I10, P10

On règle : U10 à sa valeur nominale avec l’ATV

Wh

A

VV

P10 = W10/T10

I10

U10 U20

ATV

On calcule : m, 10, Imag, IF, Lmag, RF,

Essai à circuit secondaire ouvertEssai à circuit secondaire ouvert

dit « Essai en court-circuit »

On mesure : U1CC, I1CC, P1CC

On règle : I2CC à sa valeur nominale avec l’ATV

W

A

AV

P1CC

I1CC

U1CC I2CC

ATV

On calcule : 1CC, ZS, RS, XS

Attention c’est un essai sous tension réduite !

Bien vérifier que l’ATV est à zéro avant de mettre sous tension

Essai à circuit secondaire en court-circuit

Essai à circuit secondaire en court-circuit