Dimensionnement du circuit magnétique

Définition et principe de fonctionnement

Définition d’un transformateur Les transformateurs sont des machines entièrement statiques qui transforment une tension et un courant alternatif en autre tension et un autre courant alternatif de même fréquence ; de valeur mieux adaptée au transport ou à la distribution de l’énergie électrique. .Définition d’un transformateur triphasé Un transformateur triphasé est constitué par trois enroulements de phase formant le primaire et trois enroulements de phase formant le secondaire ; bobinés autour des trois colonnes d’un même circuit magnétique, il existe alors un couplage magnétique entre les enroulements. Définition d’un autotransformateur Un autotransformateur est un transformateur dans lequel l’un des enroulements est une fraction de l’autre, et toujours bobiné sur la même carcasse. Les enroulements primaire et secondaire ont plus d’un couplage magnétique ; une liaison électrique. Ces enroulements sont montés en série afin que leurs tensions s’ajoutent.

magnétique Les circuits magnétiques sont toujours des assemblages des tôles fines disposées dans un même plan parallèlement et perpendiculairement les unes aux autres. La fonction principale des circuits magnétiques est de canaliser le flux magnétique et de servir comme support aux enroulements. Pour une meilleure efficacité.

La tôle de circuit magnétique doit être fabriquée en matériaux ferromagnétiques à haute perméabilité magnétique pour une transformation suffisamment efficace de l’énergie électrique.

Avoir une haute perméabilité magnétique (éviter la saturation) et une induction ne dépassant pas 1,8T.

Isoler les tôles d’aciers pour diminuer les courants de Foucault.

Pour une fréquence de 50HZ, l’épaisseur des tôles est 0,3mm avec une isolation en Carlitte, matière à base de phosphate. Sa tôle à grains orientés et laminés à froid dans le sens du laminage.

Notons que les circuits magnétiques sont de deux types principaux à colonnes et à Cuirassé

Les pertes à vide Lors de fonctionnement à vide La puissance absorbée par le transformateur est pratiquement dépensée pour compenser les pertes dans le fer, car ces pertes sont généralement inferieur ou égales a 2% de puissance totale consommée.

Les pertes dans le fer Elles se composent par des pertes hystererisis et par courant de Foucault. a) Les pertes par courant de FOUCAULT Le circuit magnétique qui est le siège d’une induction sinusoïdale est parcouru par des courants induits appelés courant de FOUCAULT, Ces courants qui circulent dans les plans perpendiculaires aux lignes d’induction tendent s’enrouler autour de ces lignes, ils produisent un dégagement de chaleur par effet joule. b) Les pertes par hystérésis Le phénomène d’hystérésis limite l’efficacité des transformateurs .une aimantation persiste dans les matériaux quand on supprime celui-ci le matériau ne reprend pas sa position initiale. Dans un transformateur, ce retard provoque une perte d’énergie sous forme de chaleur, à chaque cycle du courant alternatif.

Les pertes supplémentaires Se sont les pertes dans les isolateurs ainsi que les pertes dans les différentes pièces de serrage et joint du circuit magnétique. Les pertes en court circuit Lors du l’essai en court circuit le flux principal est très petit dans le noyau ; alors les pertes fer sont négligées et seulement les pertes dans le cuivre seront considérées.

Protection des transformateurs

Le transformateur peut être confronté à des nombreux défauts pouvant affecter son fonctionnement et provoquer la détérioration et le vieillissement de son matériel, donc des mesures de sécurité doivent être misent en place pour assurer le control en prévoit des éléments de protection interne et externe. I.6.3.a. Relais Buchholz Le relais est un appareil sensible aux variations de grandeurs issues du réseau ou de l’élément à protéger .Son rôle est la détection des anomalies (court circuit, mauvais contact dans les connections, détérioration de l’isolant…etc.). Dans le cas d’apparition des conditions anormales, un dispositif se charge de transmettre l’ordre aux organes de signalisation et de commande pour l’ouverture ou la fermeture automatique d’un disjoncteur interposé dans le circuit. I.6.3.b .Thermomètre Il sert à servailler l’échauffement d’huile de la cuve pour une température de l’huile qui atteint 75°c, il donne l’alarme et pour 80°c, on aura un déclanchement. I.6.3.c. Les éclateurs Ils sont prévus pour protéger les traversées de transformateur, on les disposes entre la ligne du réseau et la terre pour écouler des surtensions vers la terre. I.6.3.d. Renforcement de l’isolation En raison des surtensions résultant des différents phénomènes (atmosphérique, commutation) on laisse une distance entre les extrémités des enroulements et la culasse.

Processus d’échauffement des transformateurs

La conversion de l’énergie dans un transformateur s’accompagne de certaines pertes. La presque totalité des pertes est libérée par effet joule dans les parties actives du transformateur c’est a dire dans son circuit magnétique et dans ces enroulements, une certaine partie des pertes de puissance se rapporte aussi aux éléments mécaniques du transformateur. Les pertes dégagées dans le transformateur lors de son fonctionnement sont transformées en énergie thermique et provoquent l’échauffement de cette partie constitutive. Depuis l’endroit où il est produit, le flux thermique est dirigé sous l’action des gradients thermiques vers les endroits ou il peut être transféré à l’agent réfrigérant, c’est-à-dire, à l’air ou à l’eau selon le mode de refroidissement. La quantité de chaleur dégagée dans un transformateur correspond à une perte d’énergie. L’échauffement de transformateur est donc en fonction de ces pertes.

Conclusion Générale

L’élaboration de ce présent travail, nous a permis d’approfondir et d’enrichir nos connaissances dans le domaine de l’électrotechnique en général et de la technologie de dimensionnement des autotransformateurs immergés dans l’huile minérale en particulier. Le calcul est réalisé a base d’un programme informatique en Matchad qui nous a permis d’éviter de laborieux calcul manuels. Dans le programme de calcul on a pu suivre les différents paramètres. On a constaté que pour tout changement de combinaisons des paramètres de calcul (coefficient de Sveltesse , le coefficient de Rogowski , le diamètre de canal de fuite ,coefficient d’utilisation de la section de fer, le facteur des pertes supplémentaire …etc.) engendrent les modifications sur les performances de l’autotransformateur. Les résultats obtenus sont satisfaisant, puisqu’ils répondent aux exigences de cahier des charges. Pour la partie thermique, les échauffements calculés ne dépassent pas les valeurs limites, ce qui confirme le bon choix effectué au niveau de calcul électromagnétique (dimensions de circuit magnétique et des enroulements.). Le rendement atteint des valeurs qui dépassent 98%, ce qui vérifie la caractéristique de l’autotransformateur. Vu à l’indisponibilité de documentation sur les autotransformateurs triphasés à trois enroulements nous souhaitons à l’avenir qu’une étude plus approfondie lui soit consacrée.