Transformateur
1 ) Définition
C'est un appareil statique à deux enroulements ou plus qui, par,induction électromagnétique
Il transforme un système de tension et courant alternatif en un autre système de tension et courant de valeurs généralement différentes, à la même fréquence, dans le but de transmettre de la puissance électrique
1°) Transformateur monophasé
1.1) Définition
Un transformateur est un quad dipôle formé de deux enroulements enlaçant un circuit magnétique commun. C’est une machine statique permettant, en alternatif, la modification de certaines
grandeurs ( tension Convention récepteur pour le primaire indicé 1. Le primaire reçoit de la puissance du réseau. Convention générateur pour le secondaire indicé 2.
Le secondaire fournit de la puissance à la charge.
Bornes homologues:
Les bornes marquées d’une étoile sont dites homologues, si des courants entrant au même instant par ces bornes donnent des flux de même sens ( ligne de champ de n, courant)sans changer leur fréquence.
1.2) Constitution
Circuit magnétique: Il est traversé par un champ magnétique variable et est le siège de pertes magnétiques ( pertes par courants de Foucault et par hystérésis). On limite ces pertes, pour lespremières en utilisant un circuit feuilleté
et pour les secondes en utilisant un acier au silicium.
Enroulements: Ils sont placés de manière à limiter les fuites
1.1 Transformateur à vide
Le circuit primaire d'un transformateur dont le secondaire est en circuit ouvert (i=0) se comporte comme une bobine à noyau de fer. En faisant l'hypothèse d'un courant primaire sinusoïdal, on peut montrer que le schéma électrique équivalent est celui
Le transformateur est un dispositif électrique constitué de 2 circuits indépendants couplés par champ magnétique. Un schéma de ce dispositif
1. Le circuit primaire (noté avec l'indice 1) est constitué de N1 spires enroulées autour d'un noyau métallique qui sert d'une part à amplifier le champ magnétique créé par l'enroulement primaire, et d'autre part à canaliser les lignes de champ vers
l'enroulement secondaire . Ce dernier est constitué de spire
et permettent de tenir compte des phénomènes d'hystérésis et de
la présence des courants de Foucault.
Un courant non-nul circule ainsi dans le circuit primaire lorsqu'une tension lui est appliquée, et ce lorsque . Ce courant contribue à ce que l'on appelle les Pertes de Fer . Elles seront évaluées durant le TP en utilisant un circuit simplifié
1.2 Transformateur en charge
Lorsqu'un courant non-nul circule dans le secondaire, celui-ci crée un champ magnétique qui se couple avec le circuit primaire. Au schéma équivalent du transformateur à vide vient s'ajouter l'influence des éléments du secondaire. Le courant correspondant aux pertes fer a tendance à saturer et correspond approximativement à celui mesuré lorsque le secondaire est ouvert .
1.3 Circuit simplifié dans l'hypothèse de Kapp
Les tensions primaire et secondaire à vide sont proportionnelles : elles sont dans le rapport de transformation . En ce qui concerne les courants, le courant intervient. Cependant, ce courant est en général négligeable. L'hypothèse de Kapp revient à négliger ce courant, si bien que les courants
1.4 Hystérésis magnétique
Sous l'effet d'un champ magnétique excitateur créé par l'enroulement primaire, le noyau de fer (réalisé en ferrite ou en alliage ferromagnétique) réagit et crée son propre champ magnétique plus intense. Ce champ résulte de l'orientation de micro-domaines magnétiques présents dans le milieu lui-même. n'est ainsi plus une fonction linéaire de car une fois les domaines orientés, le champ sature. D'autre part, le milieu lui-même peut devenir magnétique (les micro- domaines conservent une certaine orientation permanente) même lorsque redevient nul. Cet effet s'appelle l'hystérésis magnétique. C'est par exemple ce phénomène qui est utilisé pour sauvegarder les données numériques sur un support magnétique tel un disque dur.
on peut voir par exemple que pour un champ excitateur nul, deux champs magnétiques sont possibles (positifs ou négatifs). Le champ dans le matériau dépend donc de l'histoire de celui-ci. On comprend donc tout de suite que si le champ excitateur est alternatif, le champ total présent dans le noyau de fer sera déphasé et pourra saturer, ce qui entrainera une distorsion du signal créé dans le
secondaire comme représenté sur la
1.3 Rôle du transformateur
Suivant le poste électrique, le transformateur sera :
- Élévateur, la tension au secondaire(en sortie) sera plus élevée que la tension primaire (en entrée), généralement en sortie de centrale
- Abaisseur, la tension au secondaire(en sortie) sera moins élevée que la tension primaire (en entrée), utilisé pour l'adaptation à l'utilisation
2°) Transformateur triphasés
On les réseaux Electrique triphasés, on pourrait idéalement envisager d'utiliser 3 transformateurs, un par phase. Dans la pratique, l'utilisation de transformateurs triphasés (un seul appareil regroupe les 3 phases) est généralisée : cette solution permet la conception de transformateurs bien moins coûteux, avec surtout des économies au niveau du circuit magnétique. Les transformateurs monophasés ne sont en fait guère utilisés, sauf pour de très grosses puissances apparentes (typiquement supérieures à 500 MVA), où le transport d'un gros transformateur triphasé est problématique et incite à l'utilisation de 3 unités physiquement indépendantes.
Couplages
Pour un transformateur triphasé, il existe 3 types de couplage d'enroulement :
- Le couplage étoile, défini par la lettre Y.
- Le couplage triangle, défini par la lettre D ou Δ.
- Le couplage zig-zag, défini par la lettre Z.
Liste des couplages envisageables : Yy0, Dd0, Dz0, Yd1, Dy1, Yz1, Yd5, Dy5, Yz5, Yd6, Dd6, dz6
La majuscule est toujours pour la tension la plus forte.
La majuscule est toujours pour la tension la plus forte.
Un couplage triangle est utilisé pour connecter le bobinage d'un moteur car il ne nécessite pas de neutre. Il permet la connexion d'une charge monophasée à un dispositif triphasé. Il est particulièrement utilisé dans la distribution de l'électricité.
Un couplage étoile permet d'avoir accès à deux tensions différentes : la tension ligne à ligne et la tension ligne à neutre. Il est particulièrement utilisé dans le transport de l'électricité.
Un transformateur avec un couplage zig-zag est parfois utilisé pour les mises à la terre.