Le Transformateur Le Transformateur 1 Le contexte 2

Le Transformateur

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

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. ² Il est aux systèmes électriques ce qu’est le réducteur aux systèmes mécaniques.

Qu’est-ce qu’un transformateur ? source i 1 Tension U 1 Courant I 1 Fréquence f 1 u 1 U 2 < U 1 Abaisseur U 2 > U 1 Elévateur U 2 = U 1 Séparateur Secondair e Utilisation i 2 u 2 charge Primaire Alimentation Tension U 2 U 1 Courant I 2 I 1 Fréquence f 2 = f 1

Quand l’utilise-t-on ? ² Pour adapter la tension, le plus souvent pour l’abaisser ² Pour séparer galvaniquement deux circuits électriques ² Pour changer le nombre de phases

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? La carcasse magnétique est un empilage de tôles Secondaire Isolant Noyau Primaire

Repérage et notations + i 1 e 2 u 2 source i 1 u 1 i 2 u 2 charge u 1 i 2

Le transformateur parfait Charg e Sourc e U 1 ZCh I 2 U 2 I 1 Pour les valeurs efficaces

Le transformateur parfait Pour les valeurs instantanées Le théorème d’Ampère donne : La perméabilité étant infinie i 2 - m u 1 = u 2 source u 1 charge - m i 2 = i 1

Le transformateur parfait - m u 1 = u 2 source u 1 U 1 eff = 4, 44 f n 1 Bmax S U 2 eff = 4, 44 f n 2 Bmax S 2 I 2 1 U 2 I 1 (imposé par U 1) Le transfo réel charg e i 2 - m i 2 = i 1

Les transformateurs spéciaux v L’autotransformateur (ATV) v Le transformateur de potentiel (TP) v Le transformateur de courant (TC) v Transformateurs à plusieurs secondaires v Transformateur d’adaptation

L’autotransformateur i 1 n 1 i 2 source u 1 n 2 120% 100% u 1 u 2 0%

Le transformateur de potentiel TP 1/1000 HT à mesurer Ex : 20 k. V 20 V V

Le transformateur de courant Fort courant à mesurer Ex : 5 000 A TC 1000/1 5 A A Courant alternatif à mesurer Pince Ampèremétrique A

Le transformateur à plusieurs secondaires Ph 1 u 2 u 1 u 3 u 2 neutre u 1 u’ 2 Ph 2 un u 1 u’ 2 u 2

Le transformateur à plusieurs secondaires u 2 u 1 u 2 400 V u 1 24 V 230 V -10% 0 V 0 V +10%

Le transformateur d’adaptation Rg eg i RL u Sourc e Charge Pu Pumax = E 2 g/4 Rg RL RLopt = Rg

Le transformateur réel Schéma « Naturel » r 1 l 1 Inductance de fuites i 1 -mi 2 u’ 1 u 1 RF l 2 r 2 i 2 -m u 1 LP Pertes fer Résistanc e du fil Inductance magnétisan te u 2

Le transformateur réel Une seule inductance pour rendre compte des fuites Schéma « simplifié » l X S = s i 1 RF i 10 i. M u 1 -mi 2 RS i 2 -m u 1 LP Une seule résistance pour rendre compte des pertes Cuivre u 2

Modèle simplifié de « Kapp» XS = l s i 1 -mi 2 RS U 2 = OH = OK + KH = OK + LM i 2 u 1 U 2 = RSI 2 cos( 2) + XSI 2 sin( 2) u 2 -m u 1 C -m. U 1 = U 2 + RSI 2 + j. XSU I 22 -m. U 1 U 2 A 2 U 2 H Rs. I 2 -m. U 1 j. Xs. I 2 Zs. I 2 j. Xs. I 2 O 2 U 2 K 2 H M I 2 O Rs. I 2 L I 2

Caractéristique en charge u 2 cos 2 = 0, 8 AV (K) U 20 U 2 N cos 2 = 0 (R) cos 2 = 0, 8 AR (L) U 1 = cte f. P 2 = cte 0 I 2 N i 2

Rendement Pfer U 12 Pabs Pu = U 2 I 2 cos 2 Pcuivre I 22

Rendement 100 % max U 1 = cte f. P 2 = cte I 2 N 0 Iopt i 2

Essai à circuit secondaire ouvert dit « Essai à vide » P 10 = W 10/T 10 Wh A AT V I 10 U 10 V V U 20 On règle : U 10 à sa valeur nominale avec l’ATV On mesure : U 20, I 10, P 10 On calcule : m, 10, Imag, IF, Lmag, RF,

Essai à circuit secondaire en court-circuit P 1 CC dit « Essai en court-circuit » W A AT V I 1 C C U 1 CC V A I 2 C C On règle : I à sa valeur nominale avec l’ATV Attention 2 CCc’est un essai sous tension réduite ! On mesure : U 1 CC, P 1 CC Bien vérifier 1 CC que, Il’ATV est à zéro avant de mettre sous tension 1 CC, ZS, RS, XS On calcule :