Présentation générale d’un transformateur de puissance

Cours présentation générale d’un transformateur de puissance, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Lorsqu’on applique une tension aux bornes de l’enroulement primaire, un courant magnétisant va s’y créer. Il se produit alors autour de cet enroulement un champ magnétique alternatif. Le flux produit par ce champ à travers la surface du circuit est donné par φ=B.S (1-1)
En considérant le nombre de spires N de la bobine d’enroulement primaire, l’expression du flux devient :
φ = N.B.S (1-2)
où S étant la section du circuit magnétique
B est le champ d’induction magnétique
fig(1-6) propagation du flux dans une branche du circuit
Quand ce flux traverse la section délimitée par l’enroulement secondaire, il donne naissance à une force électromotrice induite e de même période et de même forme que le courant primaire donnée par la loi de LENZ :
Les forces électromotrices de chaque enroulement sont données par :
E = 4.44.ni . f .φ
f :étant la fréquence du réseau
φ: le flux magnétisant
ni : nombre d’enroulement
Les 3 flux triphasés circulant dans les noyaux induisent dans les 3 enroulements secondaires des tensions triphasées. Le primaire constitue, vis à vis de la source, un récepteur.
Le secondaire se comporte comme un générateur à l’égard de la charge, il est le siège d’une force électromotrice.
En somme, un transformateur doit assurer les fonctions suivantes :
♦ fonctions magnétiques
création du champ magnétique alternatif par l’enroulement primaire.
canalisation du flux par le circuit magnétique.
♦ fonctions électriques
production du courant induit par l’enroulement secondaire.
réception du courant primaire et envoi du courant secondaire par les bornes et les traversées isolantes.
♦ fonctions mécaniques
fixation et manutention par chariot muni de galets et anneaux de levage refroidissement par des dispositions diverses support et protection de l’ensemble à l’aide d’une cuve muni de couvercle Surveillance et entretien par niveau d’huile, thermomètre, et dispositif de vidange.

Fonctionnement en régime équilibré

Les enroulements primaires constituent, pour le réseau primaire, une charge équilibrée même si le transformateur est chargé. Les tensions aux bornes de chacun des enroulements primaires sont, respectivement, les tensions triphasées du réseau primaire quel que soit le couplage des bobinages.
On définit le rapport de transformation m par
U2 (1-5)
m = U1
U1 : tension appliquée aux bornes de l’enroulement primaire
U 2 : tension de sortie du transformateur
La constance du flux dans le transfo exige l’égalité des ampère-tours. Ceci se traduit par :
N1.I1 +N2.I2 =N1.I0
D’après l’hypothèse de Kapp, le court magnétisant à vide est négligeable devant le courant primaire I1 d’où on obtient la relation :
N1.I1 + N2.I2 = 0 (1-6)
Par suite, on a:
N1.I1=-N2.I2
et
N2 =- I1 = U 2 d’où
N1 I2 U1
U 2 = N2 (1-7)
U1 N1
Chaque noyau fonctionne, avec ses 2 enroulements indépendamment des autres, comme un transfo monophasé. La chute de tension se produit de la même façon que dans un transfo monophasé.
En somme, en régime équilibré, tous les couplages fonctionnent correctement au primaire qu’au secondaire, chaque phase étant indépendante.
A partir de l’hypothèse de Kapp, le schéma équivalent d’un transformateur triphasé devient simple. Si l’on ramène le transfo au secondaire, le schéma se compose d’un transfo triphasé parfait avec le même rapport de transformation et le même indice horaire en série avec un dipôle Z2 dans chaque phase. Les dipôles représentent les chutes de tension v dans chaque phase lors du fonctionnement en charge. Et on place sous chaque tension simple primaire une impédance magnétisante Zm absorbant les pertes à vide.
Rappelons qu’un transformateur parfait est un transfo qui n’admet aucune perte.