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Le TransformateurLe Transformateur
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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
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Le contexteLe contexte
Qu’est-ce qu’un Transformateur ?Quand l’utilise-t-on ?Quelles sont ses propriétés essentielles ?Comment est-il fabriqué ?
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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.
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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
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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
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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
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Comment est-il fabriqué?Comment est-il fabriqué?
La carcasse magnétique est un empilage de tôles
Secondaire
Isolant
Noyau Primaire
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Repérage et notationsRepérage et notations+
i2
u2e1 e2
u1
i1
i1
u2
i2
sou
rce
char
ge
u1
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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
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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
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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
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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
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L’autotransformateurL’autotransformateur
u1
i1 n1
u2
i2
source
n2
u1 u2
0%100%
120%
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Le transformateur de potentiel
Le transformateur de potentiel
TP1/1000
HT
à
mes
urer
Ex
: 20
kV
20VV
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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
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Le transformateur à plusieurs secondairesLe transformateur à
plusieurs secondaires
u1
u2
u3
un
u1
u2
u’2
Ph1
neutre
Ph2
u’2
u1
u2
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Le transformateur à plusieurs secondairesLe transformateur à
plusieurs secondaires
u1 u2u1
u2
0 V
230 V
400 V 24 V
0 V
-10%
+10%
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Le transformateur d’adaptation
Le transformateur d’adaptation
Source Charge
u
iRg
RLeg
Pu
RL
RLopt = Rg
Pumax = E2g/4Rg
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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
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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
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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»
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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
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PertesPu
Pu
η
Pfer U12
Pcuivre I22
Pu = U2 I2 cos 2Pabs
2SS10222
222
IRP.cos.IU
.cos.IUη
RendementRendement
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i20
U1 = ctefP2 = cte
100 %
Iopt
I2N
max
S
10opt R
PI
RendementRendement
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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
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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