chap1_transformateur monophase

Download CHAP1_TRANSFORMATEUR MONOPHASE

Post on 24-Sep-2015

3 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Transformateurs monophases

TRANSCRIPT

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 1

    1 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    LE TRANSFORMATEUR MONOPHASE

    Introduction

    Un transformateur est un convertisseur alternatif-alternatif qui permet de modifier la

    valeur dune tension alternative en maintenant sa frquence et sa forme inchanges. Le

    transformateur est un appareil qui peut :

    Transformer une tension alternative d'une grandeur une autre grandeur.

    Transformer un courant alternatif d'une grandeur une autre grandeur.

    Isoler un circuit lectrique d'un courant continu circulant dans un autre circuit

    lectrique.

    Faire paratre une impdance comme ayant une autre valeur.

    Les transformateurs sont des machines lectriques entirement statiques, cette absence de

    mouvement est d'ailleurs l'origine de leur excellent rendement. Leur utilisation est

    primordiale pour le transport de l'nergie lectrique o l'on prfre transporter des volts

    plutt que des ampres . Ils assurent l'lvation de tension entre la source (alternateurs

    CEET fournissant du 20000 V) et le rseau de transport (161000 V au TOGO), puis ils

    permettent l'abaissement de la tension du rseau vers l'usager.

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 2

    2 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    A. GENERALITES

    1. Constitution et symbole du transformateur

    Le transformateur monophas est constitu par :

    Un circuit magntique ferm, de grande permabilit et feuillet (constitu par des

    tles de 0.2 0.3 mm dpaisseur) ;

    Un enroulement primaire possdant N1 spires, relies la source de tension

    alternative et se comporte comme un rcepteur ;

    Un ou plusieurs enroulements secondaires possdant N2 spires. Il aliment une

    charge, on lui adopte la convention gnrateur.

    Les enroulements primaires et secondaires sont isols lectriquement, mais ils sont

    accoupls magntiquement.

    a. Symbole

    Le transformateur monophas peut tre reprsent par lun des 2 symboles suivants :

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 3

    3 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    b. Le circuit magntique

    Un transformateur est un quadriple compos de deux enroulements non relis

    lectriquement mais enlaant un circuit magntique commun. Le rle du circuit magntique

    est de transmettre le plus efficacement possible lnergie magntique du primaire, qui la

    gnre, au secondaire. Il doit donc tre :

    de permabilit magntique aussi haute que possible ;

    dhystrsis aussi faible que possible pour limiter les pertes ;

    feuillet (tles de 0,2 0,3 mm dpaisseur) afin de limiter les courants de Foucault ;

    de rsistance lectrique aussi leve que possible, toujours dans le but daffaiblir les

    courants de Foucault, cette fin on utilise des aciers au silicium ;

    c. Les enroulements

    Le circuit magntique est constitu par un empilage de tles minces et isoles entre elles par

    un vernis, il est donc feuillet, pour diminuer les pertes dues aux courants de Foucault. Il est

    form dun alliage limitant les pertes par hystrsis.

    Chaque enroulement est constitu de spires isoles entre elles par un vernis. Les deux

    enroulements sont placs autour dun noyau magntique afin de diminuer les fuites

    magntiques et daugmenter le champ.

    Lenroulement qui comporte le nombre de spires le plus lev est lenroulement

    haute tension, il est constitu dun fil plus fin que lautre enroulement basse tension.

    2. Les notations usuelles

    Les grandeurs relatives au primaire sont affectes de lindice 1, celles relatives au

    secondaire sont affectes de lindice 2.

    Le nombre de spires des enroulements : N1, N2 ;

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 4

    4 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    La valeur des rsistances des enroulements, exprime en Ohms(): R1 et R2 ;

    La valeur instantane des tensions, en Volts(V) : u1(t) et u2 (t) ;

    La valeur instantane des f..m. induites, en Volts (V) : e1(t) et e2(t) ;

    La valeur des flux magntiques, en Webers (W) : 1(t) et 2(t)

    Figure 2. transformateur monophas

    Nous choisissons un sens arbitraire pour le flux (t), ici le sens dune ligne de champ. Les

    autres signes en dcoulent. Les sens des courants i1(t) et i2(t) sont pris de telle faon que les

    flux crs soient positifs donc additifs. Le primaire est un rcepteur, nous adoptons

    la convention rcepteur, le secondaire est un gnrateur, nous adoptons la convention

    gnrateur.

    Les f..m. e1(t) et e2 (t) sont de sens oppos aux flux 1(t) et 2(t). Daprs la loi de

    Faraday:

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 5

    5 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    3. Les bornes homologues

    Les bornes marques par un point sont dites homologues. Ce sont des bornes telles

    quun courant entrant corresponde un flux positif, les tensions qui pointent vers ces points

    sont en phase.

    4. Le principe de fonctionnement

    Les transformateurs utilisent le phnomne dinduction lectromagntique. La bobine

    du primaire est soumise une tension variable. Elle engendre un courant de mme

    type, introduisant un champ magntique, donc un flux variable, do la cration dune

    f..m. variable. De plus, grce au circuit magntique, la variation de flux au primaire entrane

    une variation de flux magntique au secondaire et donc une nouvelle f..m. induite.

    Lun des deux bobinages joue le rle de primaire, il est aliment par une tension variable et

    donne naissance un flux magntique variable dans le circuit magntique. Le circuit

    magntique conduit avec le moins de rluctance possible les lignes de champ magntique

    cres par le primaire dans les spires de lenroulement secondaire. Daprs la loi de

    Faraday, ce flux magntique variable induit une force lectromotrice dans le deuxime

    bobinage appel secondaire du transformateur.

    De par son principe, le transformateur ne peut pas fonctionner sil est aliment par une

    tension continue. Le flux doit tre variable pour induire une f..m. au secondaire, il faut donc

    que la tension primaire soit variable.

    Le transformateur est rversible, chaque bobinage peut jouer le rle de primaire ou de

    secondaire. Le transformateur peut tre abaisseur ou lvateur de tension.

    Un transformateur comprend :

    Un circuit magntique ferm, son rle est de transmettre le plus efficacement

    possible lnergie magntique du primaire, qui la gnre, au secondaire. Il doit donc

    tre :

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 6

    6 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    de permabilit magntique aussi haute que possible ;

    dhystrsis aussi faible que possible pour limiter les pertes ;

    feuillet (tles de 0,2 0,3 mm dpaisseur) afin de limiter les courants de

    Foucault ;

    de rsistance lectrique aussi leve que possible, toujours dans le but

    daffaiblir les courants de Foucault, cette fin on utilise des aciers au silicium ;

    Deux enroulements (bobines) :

    Le primaire aliment par un gnrateur de tension alternative de tension V1et

    comportant N1 spires. Il absorbe le courant I1. Le primaire transforme lnergie

    lectrocintique reue en nergie magntique. Cest un rcepteur dnergie

    lectrique.

    Le secondaire comporte N2 spires ; il fournit, sous la tension V2, un courant I2

    au diple rcepteur. Le secondaire transforme lnergie magntique reue du

    primaire en nergie lectrocintique. Cest un gnrateur dnergie lectrique.

    Figure 3. le flux magntique est not

    Il peut y avoir plus dun enroulement secondaire. Par exemple dans le cas dun

    transformateur abaisseur fournissant une tension efficace de 24 V, une de 12 V et une autre

    de 5 V, on a un primaire et trois secondaires.

    Lisolement lectrique et lchauffement constitue les limitations des enroulements.

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 7

    7 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    Figure 4.Transformateur cuirass

    On rencontre essentiellement le transformateur cuirass (Figure 4) dans lequel les bobines

    sont coaxiales. Ce type de transformateur met moins de lignes de champ magntique

    lextrieur (fuites).

    Que ce soit le transformateur de la Figure 3 ou bien celui de la Figure 4, les deux

    enroulements sont isols lectriquement, mais magntiquement coupls par le flux.

    Aliment par une tension alternative, le primaire cre le flux alternatif dans le circuit

    magntique.

    Par induction, une f..m. apparat aux bornes du secondaire. Si le diple rcepteur absorbe

    une puissance , le primaire, qui

    se comporte comme un rcepteur, absorbe :

    La conservation de la puissance permet dcrire, au rendement prs : P1 = P2.

    Les grandeurs physiques apparaissant dans lordre chronologique suivant, il est ncessaire

    de bien assimiler cette chane de causalit afin de placer correctement tensions et courants

    sur un schma :

  • CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATEURS ELECTRIQUES 8

    8 COURS MACHINES ELECTRIQUES-DUT 1

    a. On choisit arbitrairement un instant o la d.d.p. du gnrateur a le sens que lon

    souhaite (ici elle est oriente vers le haut) :

    b. A cet instant, le transformateur est un rcepteur, le courant sort par la borne + du

    gnrateur et rentre par une borne + dans le transformateur. On a donc

    dtermin le sens du courant parcourant lenroulement primaire cet instant :

    c

Recommended

View more >