TD électronique

Transformateurs monophasés

I)          Introduction

II)       Types de transformateurs monophasés :

II-1)  Transformateur cuirassé à un noyau

II-2)  Transformateur à deux noyaux

III)     Rapport de transformation

IV)     Transformateur idéal

                               IV-1)  Passage de l’impédance

V) Symboles et convention de points

VI)      Transformateur réel

VI-2)  Hypothèse :  

VI-3)  Détermination des différentes inductances  

VI-4)   Circuits électriques équivalents

VI-5)  Etude d’un transformateur en charge : Diagramme de Kapp.

VI-6) Régulation de tension ou chute de tension totale

VII)    Essais des transformateurs monophasés (identification des paramètres)

VI-1)  L’essai à vide (en circuit ouvert) :

VI-2)  L’essai en court-circuit :

VIII)    Rendement du transformateur

I)   Introduction

        Les transformateurs sont des machines statiques qui transforment une tension et un courant alternatifs en une autre tension et courant alternatifs de même fréquence et de valeurs mieux adaptées aux :

• Transport de l’énergie électrique : il est nécessaire d’élever fortement les tensions produites par les altérateurs pour les transporter loin des centrales de production et les abaisser au plus prés de la consommation. Cela permet de réduire les pertes joule dans la ligne de transport.
• La distribution : cela vient du fait que tous les appareils électriques ne fonctionnent pas sous même valeurs de tension.

Cette adaptation de l’énergie vient de l’élévation du courant et l’abaissement de la tension ou bien le contraire.

II)    Types de transformateurs monophasés :

II-1) Transformateur cuirassé à un noyau

• Pour ce type de transformateurs, les deux bobines de basse tension et de haute tension (primaire et secondaire) sont enroulées dans le même noyau central.
• Le noyau central à une épaisseur 2-D double des deux autres coté pour avoir une valeur uniforme de l’induction dans le circuit magnétique.

II-2)  Transformateur à deux noyau

• Le circuit magnétique se compose d’une seule maille
• Chaque bobine (primaire et secondaire) est bobinée dans une branche (noyau séparé)

Dans ces deux types de transformateurs, le circuit magnétique est composé d’un empilage de tôles magnétiques séparé par un isolant. Cela permet de réduire les courant de Foucault.

III)  Rapport de transformation

        On appel rapport de transformation le rapport entre le nombre des spires N1 du primaire (coté source), et le N2 du secondaire (coté charge ou consommation).

[pic 1]

        Dans quelques ouvrages, on peut trouver d’autres désignations tel que m ou bien k, comme on peut trouver (rarement) l’inverse de l’expression donnée du rapport de transformation. C'est-à-dire [pic 2]. Cela n’affecte pas l’analyse qui viendra à moins  de garder la même notation dans toute l’étude.

IV) Symbole et convention de points

        Parmi les symbolisation qu’on peut rencontrer, ceux de la figure ( ).

        Dans la Figure ( ) relatives à la convention des points, les points permettent de repérer les sens conventionnels des tensions primaires et secondaire. Il suffit pour cela de placer les flèches de tension sur les points.

[pic 3]

Figure 2: Symboles

[pic 4]

Figure 3: convention de signes

V)  Transformateur idéal

IV-1  Définition

        Dans ce cas, le circuit magnétique et les bobinages sont considérés comme idéaux, c'est-à-dire :

• Les bobinages ne présente ni chutes de tension ni pertes.
• Le circuit magnétique est de perméabilité infini ([pic 5]).

Nous aurons dans ce cas (selon la loi de Faraday):  

       [pic 6] et [pic 7] ce qui donne       [pic 8]

Selon la loi d’Hopkinson au relative au circuit magnétique :

[pic 9]

[pic 10]   [pic 11]

Remarque :    On allant du primaire au secondaire, il est facile de démontrer que les énergies sont conservées : [pic 12] et [pic 13].

IV-2  Passage de l’impédance 

        Soit une impédance Z placée en série avec le circuit secondaire. Dans ce cas on a :

[pic 14]          et       [pic 15]

Ce qui donne

[pic 16] [pic 17]

Cette écriture est équivalente à la présence d’une impédance Z.a2 placée en série avec le primaire du transformateur.

      [pic 18]

Figure 1: passage de l’impédance

VI) Transformateur réel

VI-1)  Rappel : 

        Nous avons pour vue pour un circuit magnétique élémentaire que

[pic 19]

[pic 20]      [pic 21]    [pic 22]   ---------------------------------  1

VI-2)  Hypothèse :   

        On suppose que le circuit magnétique est linéaire. C'est-à-dire :

• La courbe B=f(H) est assimilable à une droite
• Il y’a proportionnalité entre le flux est la fmm (solénation)

Ф=P.f =P.n.i  /  P représente la permeance du circuit magnétique

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