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Le transformateur monophaséÉlectricité 2 — Électrotechnique
Christophe Palermo
IUT de MontpellierDépartement Mesures Physiques
&Institut d’Electronique du Sud
Université Montpellier 2e-mail : [email protected]
Année Universitaire 2010–2011
MONTPELLIER
Plan
1 Avant-propos : la puissance électrique monophaséeDéfinitionsInterprétation physique
2 Transport et distribution de l’énergie électriquePrésentationLa problématique
3 Le transformateur4 Le transformateur parfait ou idéal
DéfinitionPropriétés
5 Le transformateur réelPertesSchémas équivalents du transformateur réelRendement, pertes et mesures
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 2 / 36
Puissance en monophasé
Plan
1 Avant-propos : la puissance électrique monophaséeDéfinitionsInterprétation physique
2 Transport et distribution de l’énergie électriquePrésentationLa problématique
3 Le transformateur4 Le transformateur parfait ou idéal
DéfinitionPropriétés
5 Le transformateur réelPertesSchémas équivalents du transformateur réelRendement, pertes et mesures
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 3 / 36
Puissance en monophasé Définitions
La puissance électrique
Soit une impédance Z soumise à une tension monophasée de valeurefficace V et traversée par un courant efficace I, alors :
1 L’impédance est soumise à V et appelle I :V et I sont déphasés de ϕϕ dépend de Zcosϕ est appelé le facteur de puissance
2 L’impédance consomme (ou dissipe) une puissance activeP = VI cosϕ
3 L’impédance consomme une puissance réactive Q = VI sinϕ4 On définit une puissance apparente S = VI de sorte que
S2 = P2 + Q2
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 4 / 36
Puissance en monophasé Définitions
La puissance électrique
Soit une impédance Z soumise à une tension monophasée de valeurefficace V et traversée par un courant efficace I, alors :
1 L’impédance est soumise à V et appelle I :V et I sont déphasés de ϕϕ dépend de Zcosϕ est appelé le facteur de puissance
2 L’impédance consomme (ou dissipe) une puissance activeP = VI cosϕ
3 L’impédance consomme une puissance réactive Q = VI sinϕ4 On définit une puissance apparente S = VI de sorte que
S2 = P2 + Q2
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 4 / 36
Puissance en monophasé Définitions
La puissance électrique
Soit une impédance Z soumise à une tension monophasée de valeurefficace V et traversée par un courant efficace I, alors :
1 L’impédance est soumise à V et appelle I :V et I sont déphasés de ϕϕ dépend de Zcosϕ est appelé le facteur de puissance
2 L’impédance consomme (ou dissipe) une puissance activeP = VI cosϕ
3 L’impédance consomme une puissance réactive Q = VI sinϕ
4 On définit une puissance apparente S = VI de sorte queS2 = P2 + Q2
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 4 / 36
Puissance en monophasé Définitions
La puissance électrique
Soit une impédance Z soumise à une tension monophasée de valeurefficace V et traversée par un courant efficace I, alors :
1 L’impédance est soumise à V et appelle I :V et I sont déphasés de ϕϕ dépend de Zcosϕ est appelé le facteur de puissance
2 L’impédance consomme (ou dissipe) une puissance activeP = VI cosϕ
3 L’impédance consomme une puissance réactive Q = VI sinϕ4 On définit une puissance apparente S = VI de sorte que
S2 = P2 + Q2
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 4 / 36
Puissance en monophasé Interprétation physique
Sens physiques
La puissance active P :La seule à être physiquement une puissanceLiée à une transformation d’énergieMesurée avec un wattmètreUnité : le watt (W)Le rendement est un rapport de puissances actives
La puissance réactive QPhénomènes d’accumulation électrostatique ou magnétiquePas de dépense d’énergie en moyenneAction sur le courant à travers son déphasageUnité : le volt-ampère réactif (VAR)
La puissance apparente S :Puissance de dimensionnement : section des câblesCapacité d’un récepteur à absorber un courant I sous une tension VMesurée en volt-ampère (VA)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 5 / 36
Puissance en monophasé Interprétation physique
Sens physiques
La puissance active P :La seule à être physiquement une puissanceLiée à une transformation d’énergieMesurée avec un wattmètreUnité : le watt (W)Le rendement est un rapport de puissances actives
La puissance réactive QPhénomènes d’accumulation électrostatique ou magnétiquePas de dépense d’énergie en moyenneAction sur le courant à travers son déphasageUnité : le volt-ampère réactif (VAR)
La puissance apparente S :Puissance de dimensionnement : section des câblesCapacité d’un récepteur à absorber un courant I sous une tension VMesurée en volt-ampère (VA)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 5 / 36
Puissance en monophasé Interprétation physique
Sens physiques
La puissance active P :La seule à être physiquement une puissanceLiée à une transformation d’énergieMesurée avec un wattmètreUnité : le watt (W)Le rendement est un rapport de puissances actives
La puissance réactive QPhénomènes d’accumulation électrostatique ou magnétiquePas de dépense d’énergie en moyenneAction sur le courant à travers son déphasageUnité : le volt-ampère réactif (VAR)
La puissance apparente S :Puissance de dimensionnement : section des câblesCapacité d’un récepteur à absorber un courant I sous une tension VMesurée en volt-ampère (VA)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 5 / 36
Puissance en monophasé Interprétation physique
Déphasages et puissances réactives
Signe de ϕ :ϕ est le décalage entre le courant et la tension.ϕ est positif quand la tension est en avance sur le courant(inductance).ϕ est négatif quand la tension est en retard sur le courant (capacité).
ϕ ∈ [−π/2 ;π/2]Résistance : ϕ = 0Inductance : ϕ = π/2Capacité : ϕ = −π/2
Puissance réactive :ϕ = 0 =⇒ Q = 0 : composant actifϕ = π/2 =⇒ Q > 0 : “consommation” de puissance réactiveϕ = −π/2 =⇒ Q < 0 : “production” de puissance réactive
P ≥ 0 car −π/2 ≤ ϕ ≤ π/2 =⇒ cosϕ ≥ 0
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Transport et distribution
Plan
1 Avant-propos : la puissance électrique monophaséeDéfinitionsInterprétation physique
2 Transport et distribution de l’énergie électriquePrésentationLa problématique
3 Le transformateur4 Le transformateur parfait ou idéal
DéfinitionPropriétés
5 Le transformateur réelPertesSchémas équivalents du transformateur réelRendement, pertes et mesures
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Transport et distribution Présentation
Production et transport
Grand transport : 225 et 400 kVRépartition : 225, 90 et 63 kVDistribution : 20 kV et 230/400 V
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Transport et distribution Présentation
Monophasé
Monophasé : 1 phase + 1 neutre
Triphasé : 3 phases + 1 neutre
EDF :Production, transport, distribution en triphaséUtilisation domestique en monophaséCertaines industries, exploitations agricoles : triphasé
Dans ce cours :Étude du cas monophaséPrincipes physiques valables pour le triphasé
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Transport et distribution La problématique
Efficacité et sécurité
Transport de l’énergie électriqueLongues distancesLe moins de pertes possibles
Distribution de l’énergie électriqueProblèmes de sécurité
TransportPuissance électrique P ∝ V · IPertes Joule Pj ∝ RI2Pour P donnée : V ↗ =⇒ I ↘ et Pj ↘Haute-Tension
Distribution :Haute-Tension : problèmes d’isolation, de stabilité, etc.Sécurité : utilisation de la Basse-Tension
Besoin : HT ⇐⇒ BT à rendement élevé
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Transport et distribution La problématique
Les domaines de tension
Attention : tout est relatif !Domaines de tension fixés par le décrêt 88-1056 du 14 novembre 1988À la maison : Basse Tension A
Dénomination Courant alternatif Courant continuHaute-Tension B (HTB) > 50 kV > 75 kVHaute-Tension A (HTA) 1000 V – 50 kV 1500 V – 75 kVBasse-Tension B (BTB) 500 – 1000 V 750 – 1500 VBasse-Tension A (BTA) 50 – 500 V 120 – 750 V
Très Basse-Tension (TBT) < 50 V < 120 V
“Très Hautes Tensions”Utilisation du transformateur
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Transport et distribution La problématique
Les domaines de tension
Attention : tout est relatif !Domaines de tension fixés par le décrêt 88-1056 du 14 novembre 1988À la maison : Basse Tension A
Dénomination Courant alternatif Courant continuHaute-Tension B (HTB) > 50 kV > 75 kVHaute-Tension A (HTA) 1000 V – 50 kV 1500 V – 75 kVBasse-Tension B (BTB) 500 – 1000 V 750 – 1500 VBasse-Tension A (BTA) 50 – 500 V 120 – 750 VTrès Basse-Tension (TBT) < 50 V < 120 V
“Très Hautes Tensions”Utilisation du transformateur
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 11 / 36
Le transformateur
Plan
1 Avant-propos : la puissance électrique monophaséeDéfinitionsInterprétation physique
2 Transport et distribution de l’énergie électriquePrésentationLa problématique
3 Le transformateur4 Le transformateur parfait ou idéal
DéfinitionPropriétés
5 Le transformateur réelPertesSchémas équivalents du transformateur réelRendement, pertes et mesures
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 12 / 36
Le transformateur
Utilité d’un transformateur
MissionL’objectif d’un transformateur est de modifier la forme de l’énergieélectrique, c’est à dire la valeur efficace de la tension alternative.
Rapport de transformationOn définit le rapport de transformation
m =V2V1
avec :V1 valeur efficace de la tension d’entrée (primaire)V2 valeur efficace de la tension de sortie (secondaire)
Utilité : transport et distribution électrique
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Le transformateur
Point de vue électrique
Une machine statique de transformation électrique
Fonctionnement électrique :Le primaire consomme de la tension et du courant : récepteurLe secondaire produit de la tension et du courant : générateur
Pas de conversion énergétique : rendement demandé proche de 100 %
Fonctionnement uniquement en alternatif (cf ci-après)
Symboles électriquesNous utiliserons le (a)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 14 / 36
Le transformateur
Constitution d’un transformateur
V1
I1
V2
I2
N1spires
N2spires
2 circuits électriques isolésLe primaire : l’entrée.Le secondaire : la sortie
Un circuit magnétiqueSur lequel sont bobinés les circuits électriques
N1 spires pour le primaireN2 spires pour le secondaire
Permet de guider le flux magnétiqueIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 15 / 36
Le transformateur
Principe de fonctionnementPhénomènes physiques :
Courant variable ⇒ Flux variable ⇒ f.é.m induitesCircuit magnétique : induction primaire ↔ secondaire ⇒ Flux mutuel
I1 I2
E1 E2V1 V2
Conventions de signes :Primaire : V1, I1 en convention récepteurSecondaire : V2, I2 en convention générateurUne f.é.m positive tend à créer un courant positif
Par spire : E = −dφdt
φ = cste =⇒ dφ/dt = 0 =⇒ pas de f.é.m
Le transformateur ne fonctionne qu’en alternatif !
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 16 / 36
Le transformateur
Principe de fonctionnementPhénomènes physiques :
Courant variable ⇒ Flux variable ⇒ f.é.m induitesCircuit magnétique : induction primaire ↔ secondaire ⇒ Flux mutuel
I1 I2
E1 E2V1 V2
Conventions de signes :Primaire : V1, I1 en convention récepteurSecondaire : V2, I2 en convention générateurUne f.é.m positive tend à créer un courant positif
Par spire : E = −dφdt
φ = cste =⇒ dφ/dt = 0 =⇒ pas de f.é.m
Le transformateur ne fonctionne qu’en alternatif !IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 16 / 36
Le transformateur
Premier résumé
Conversion alternatif/alternatif∼ / ∼Ne fonctionne pas en régime continu
Pas de liaison électrique entre l’entrée et la sortie :transfert d’énergie par induction électromagnétiqueisolation galvanique primaire/secondaire
Générateur secondairePropriétés :
Modifie les valeurs efficaces (amplitudes) de la tension et du courantNe modifie pas les fréquencesUn grand rendement (∼ 1 % de pertes)
Transport électrique :Premier transfo ∼ 1880Hacheur (convertisseur continu-continu) ∼ 1970Choix de l’alternatif pour le transport
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 17 / 36
Le transformateur
Choix d’un transformateur
Trois types :Si m > 1, V1 < V2 : Transformateur élévateur de tensionSi m < 1, V1 > V2 : Transformateur abaisseur de tensionSi m = 1, V1 = V2 : Transformateur d’isolement
Dans tous les cas :isolation galvanique
TP 5 : mesure des résistancesTD 1 : nécessité d’une protection différentielle au secondaire
V ↑⇒ I ↓ et vice-versa
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Transfo parfait
Plan
1 Avant-propos : la puissance électrique monophaséeDéfinitionsInterprétation physique
2 Transport et distribution de l’énergie électriquePrésentationLa problématique
3 Le transformateur4 Le transformateur parfait ou idéal
DéfinitionPropriétés
5 Le transformateur réelPertesSchémas équivalents du transformateur réelRendement, pertes et mesures
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Transfo parfait Définition
Définition du transformateur parfait
IdéeLe transformateur parfait modifie la forme de l’énergie électrique, et riend’autre !=⇒ pas de conversion énergétique (e.g. pas d’échauffement)
Transformateur parfaitUn transformateur parfait, ou idéal, est un transformateur dans lequel iln’y a aucune perte.
Dans un transformateur parfait :Rendement de transformation η = 100 %
⇒ P2 = P1
I2 = 0 =⇒ I1 = 0
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Transfo parfait Définition
Définition du transformateur parfait
IdéeLe transformateur parfait modifie la forme de l’énergie électrique, et riend’autre !=⇒ pas de conversion énergétique (e.g. pas d’échauffement)
Transformateur parfaitUn transformateur parfait, ou idéal, est un transformateur dans lequel iln’y a aucune perte.
Dans un transformateur parfait :Rendement de transformation η = 100 %
⇒ P2 = P1
I2 = 0 =⇒ I1 = 0
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Transfo parfait Définition
Définition du transformateur parfait
IdéeLe transformateur parfait modifie la forme de l’énergie électrique, et riend’autre !=⇒ pas de conversion énergétique (e.g. pas d’échauffement)
Transformateur parfaitUn transformateur parfait, ou idéal, est un transformateur dans lequel iln’y a aucune perte.
Dans un transformateur parfait :Rendement de transformation η = 100 %
⇒ P2 = P1
I2 = 0 =⇒ I1 = 0
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 20 / 36
Transfo parfait Propriétés
Conséquence au secondaire
RI
XII
E
V
Générateur réel en alternatif :Force électro-motrice (E )Echauffement (R)Pertes magnétiques (X = Lω = L · 2πf )
Chutes de tension sur R et X :V ≤ EV diminue à mesure que I augmente
Secondaire d’un transformateur = générateur
Transformateur parfait= générateur secondaire parfaitV2 constante quelle que soit la chargePoint du vue de l’électronicien : impédance de sortie nulle
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Transfo parfait Propriétés
Lien entre tensions
I1 I2
E1 E2V1 V2
Le flux est le même partout !
V1 = −E1 = N1dφdt
V2 = E2 = −N2dφdt
V2V1
= −N2N1
(∈ R)
N2N1
=V2V1
= m
V1 et V2 déphasées de π
m est un paramètre technologique !
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 22 / 36
Transfo parfait Propriétés
Lien entre courants : relation de Hopkinson
Analogie magnétisme – électricité
V1
I1
V2 M1=N1I1 M2=N2I2
I2
N1 N2
φ φ Rφ
Circuit magnétique Analogie électrique
Électricité MagnétismeForce électromotrice E Force magnétomotrice M
E = −N dφdt M = NI
Courant I conservatif Flux magnétique φ conservatifRésistance R Réluctance R
Loi d’Ohm V = RI Loi d’Hopkinson M = Rφ
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Transfo parfait Propriétés
Relation de Hopkinson dans le transformateur parfait
V1
I1
V2 M1=N1I1 M2=N2I2
I2
N1 N2
φ φ Rφ
Circuit magnétique Analogie électrique
Les lois des “noeuds” et des “mailles” s’appliquent :
N1I1 −Rφ+ N2I2 = 0
Pas de pertes magnétiques : R = 0 =⇒ Rφ = 0 =⇒ N1I1 = −N2I2En valeurs efficaces :
I2I1
=1m
I1 et I2 déphasés de πIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 24 / 36
Transfo parfait Propriétés
Résumé des propriétés : transformateur idéal
Diagramme de Fresnel
V2 = −mV1 & I1 = −mI2
ϕ1 = ϕ2 −→ Conservation du déphasage
P2 = P1
=⇒ S2 = S1 & Q2 = Q1
Lois de conservationUn transformateur idéal conserve les puissances active P, réactive Q etapparente S ainsi que le déphasage ϕ. De plus, en valeurs efficaces :
V2V1
=I1I2
=N2N1
= m
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Transfo parfait Propriétés
Résumé des propriétés : transformateur idéal
Diagramme de Fresnel
V2 = −mV1 & I1 = −mI2
ϕ1 = ϕ2 −→ Conservation du déphasage
P2 = P1
=⇒ S2 = S1 & Q2 = Q1
Lois de conservationUn transformateur idéal conserve les puissances active P, réactive Q etapparente S ainsi que le déphasage ϕ. De plus, en valeurs efficaces :
V2V1
=I1I2
=N2N1
= m
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Transfo parfait Propriétés
Résumé des propriétés : transformateur idéal
Diagramme de Fresnel
V2 = −mV1 & I1 = −mI2
ϕ1 = ϕ2 −→ Conservation du déphasage
P2 = P1
=⇒ S2 = S1 & Q2 = Q1
Lois de conservationUn transformateur idéal conserve les puissances active P, réactive Q etapparente S ainsi que le déphasage ϕ. De plus, en valeurs efficaces :
V2V1
=I1I2
=N2N1
= m
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Transfo parfait Propriétés
Résumé des propriétés : transformateur idéal
Diagramme de Fresnel
V2 = −mV1 & I1 = −mI2
ϕ1 = ϕ2 −→ Conservation du déphasage
P2 = P1
=⇒ S2 = S1 & Q2 = Q1
Lois de conservationUn transformateur idéal conserve les puissances active P, réactive Q etapparente S ainsi que le déphasage ϕ. De plus, en valeurs efficaces :
V2V1
=I1I2
=N2N1
= m
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 25 / 36
Transfo réel
Plan
1 Avant-propos : la puissance électrique monophaséeDéfinitionsInterprétation physique
2 Transport et distribution de l’énergie électriquePrésentationLa problématique
3 Le transformateur4 Le transformateur parfait ou idéal
DéfinitionPropriétés
5 Le transformateur réelPertesSchémas équivalents du transformateur réelRendement, pertes et mesures
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 26 / 36
Transfo réel Pertes
Les pertes dans un transformateur réels
Circuits électriques :Pertes par effet Joule (actives) PJ1 et PJ2 : échauffementPertes de flux magnétique et auto-induction (réactives)
Circuit magnétique : Réluctance R du noyau (résistance au fluxmagnétique)
Pertes fer (actives) Pfer : échauffement à lamagnétisation
par hystérésis (retard à la magnétisation)courants de Foucault
Pertes de flux (réactives)
Dépendances :Pfer ∝ V1PJ ∝ I2
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Transfo réel Pertes
Les pertes dans un transformateur réels
Circuits électriques :Pertes par effet Joule (actives) PJ1 et PJ2 : échauffementPertes de flux magnétique et auto-induction (réactives)
Circuit magnétique : Réluctance R du noyau (résistance au fluxmagnétique)
Pertes fer (actives) Pfer : échauffement à lamagnétisation
par hystérésis (retard à la magnétisation)courants de Foucault
Pertes de flux (réactives)
Dépendances :Pfer ∝ V1PJ ∝ I2
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Transfo réel Pertes
Les pertes dans un transformateur réels
Circuits électriques :Pertes par effet Joule (actives) PJ1 et PJ2 : échauffementPertes de flux magnétique et auto-induction (réactives)
Circuit magnétique : Réluctance R du noyau (résistance au fluxmagnétique)
Pertes fer (actives) Pfer : échauffement à lamagnétisation
par hystérésis (retard à la magnétisation)courants de Foucault
Pertes de flux (réactives)
Dépendances :Pfer ∝ V1PJ ∝ I2
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 27 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Le transformateur réel à vide
Transformateur à vide :Primaire connectéSecondaire débranché (pas de charge sur le secondaire)
Mettons le secondaire à vide et observonsOn touche le transformateur : il s’échauffeSi on mesure : courant primaire I10 faible mais non-nul
Le courant I10 :existe car la magnétisation n’est pas parfaite : réluctance R 6= 0provient uniquement des pertes actives et réactives dans le circuitmagnétiqueest le courant de magnétisation
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 28 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Schéma équivalent du transformateur à vide
Traduction des causes de l’existence de I10 :Les pertes de flux =⇒ Inductance lmLes pertes fer : Pf =⇒ Résistance RFTransformateur meilleur quand lm et RF sont plus grandes
Schéma équivalent à vide
Loi des nœuds : I10 = I10a + I10r
Loi d’Ohm : V10 = RF I10a = jlmω · I10r =⇒ V10 = RF I10a = lmω · I10r
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 29 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Les grandeurs électriques à vide
Pas de chute de tension au secondaire :
m =V20V10
Les pertes fer sont des puissances actives ∝ V1
Pfer = P10 = V10I10a
Les pertes Joule des puissances actives ∝ I2
PJ = PJ1 + PJ2 ' 0
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 30 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Le transformateur en charge
Retour à l’analogie électrique : N1I1 −Rφ+ N2I2 = 0
V1
I1
V2 M1=N1I1 M2=N2I2
I2
N1 N2
φ φ Rφ
Circuit magnétique Analogie électrique
Responsables des pertesPoint de vue magnétique → Rφ = N1I10 ← Point de vue électriqueN1I1 + N2I2 = N1I10 =⇒ N2I2 = −N1(I1 − I10)
Concrètement : I10limite le courant participant au fonctionnement (limite donc I2)dégrade l’induction : tend à limiter V2
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 31 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Point de vue de l’utilisateur
Le secondaire du transfo est un générateur réelSchéma équivalent ramené au secondaire :
Rs I2 Xs I2
Représentation de Fresnel =diagramme de Kapp au secondaire.
f.é.m idéale mV1 à conditionque I10 ait des effetsnégligeables
⇒ Hypothèse de Kapp
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 32 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Point de vue de l’utilisateur
Le secondaire du transfo est un générateur réelSchéma équivalent ramené au secondaire :
Rs I2 Xs I2
Représentation de Fresnel =diagramme de Kapp au secondaire.
f.é.m idéale mV1 à conditionque I10 ait des effetsnégligeables
⇒ Hypothèse de Kapp
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 32 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Point de vue de l’utilisateur
Le secondaire du transfo est un générateur réelSchéma équivalent ramené au secondaire :
Rs I2 Xs I2
Représentation de Fresnel =diagramme de Kapp au secondaire.
f.é.m idéale mV1 à conditionque I10 ait des effetsnégligeables
⇒ Hypothèse de Kapp
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 32 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
L’hypothèse de Kapp
L’hypothèse de KappFaire l’hypothèse de Kapp, c’est négliger la magnétisation du noyau : laréluctance et les pertes sont négligées.
Permet de faire le schéma équivalent au secondaireLa f.é.m idéale est donc mV1 (valeur à vide)Dans ces conditions : N2I2 = −N1(I1 − I10) ' −N1I1On retrouve I1
I2= m
Attention !On ne peut admettre l’hypothèse de Kapp que si I1 >> I10 (concrètementI1 > 10I10)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 33 / 36
Transfo réel Schémas équivalents du transformateur réel
Le régime nominal
L’hypothèse de Kapp est valable en particulier en régime nominal
Nominal : notion très utilisée en électrotechnique !
DéfinitionLe régime nominal d’une machine correspond aux conditions defonctionnement pour lesquelles la machine est prévue. C’est dans cerégime que ses performances sont les meilleures. Les valeurs nominalessont indiquées sur la machine (d’où leur nom).
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 34 / 36
Transfo réel Rendement, pertes et mesures
Rendement du transformateur
Pertes et puissances actives (liées à une conversion énergétique)Dépend du régime de fonctionnement
Meilleur en régime nominal2 façons de l’écrire :
Mesure directe : η =P2P1
Mesure des pertes : η =P1 − PJ1 − PJ2 − Pfer
P1=⇒ TP 5
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 35 / 36
Transfo réel Rendement, pertes et mesures
La méthode des pertes séparées : 3 étapes (essais)
Essai à videTension primaire nominaleCourant faible =⇒ pertes JoulenégligeablesMesure de Pfer
Essai en court-circuitTension réduite =⇒ PfernégligeablesCourant primaire nominalCourants élevés =⇒ mesure dePJ1 + PJ2
Essai en charge nominaleTensions et courants nominauxMesure de P1 (au primaire)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 36 / 36
Transfo réel Rendement, pertes et mesures
La méthode des pertes séparées : 3 étapes (essais)
Essai à videTension primaire nominaleCourant faible =⇒ pertes JoulenégligeablesMesure de Pfer
Essai en court-circuitTension réduite =⇒ PfernégligeablesCourant primaire nominalCourants élevés =⇒ mesure dePJ1 + PJ2
Essai en charge nominaleTensions et courants nominauxMesure de P1 (au primaire)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 36 / 36
Transfo réel Rendement, pertes et mesures
La méthode des pertes séparées : 3 étapes (essais)
Essai à videTension primaire nominaleCourant faible =⇒ pertes JoulenégligeablesMesure de Pfer
Essai en court-circuitTension réduite =⇒ PfernégligeablesCourant primaire nominalCourants élevés =⇒ mesure dePJ1 + PJ2
Essai en charge nominaleTensions et courants nominauxMesure de P1 (au primaire)
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le transformateur monophasé 2010–2010 36 / 36