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transformateurs

 

exercices

 

 

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liens sur le web

voir un autre site de transformateurs

 .


transformateur monophasé

Généralités :

Le transformateur monophasé regroupe différent type  de transformateur ( autotransformateur, à fuite magnétique, etc.) pour des emplois très divers ( jouets, protection des personnes, appareils utilisant habituellement des piles, ballast de lampes à décharge, etc...).

 

Le plus souvent le transformateur sert à transformer une énergie électrique en une autre énergie électrique dont la tension est différente. Il est donc impossible ( tout comme pour un moteur par exemple) de considérer le transformateur comme un récepteur électrique. Le récepteur sera l'appareil raccordé au secondaire du transformateur. La puissance et donc le courant absorbé par le primaire du transformateur est donc indépendant de ce transformateur ( tout comme le courant absorbé par un moteur ne dépend pas de la valeur notée sur la plaquette signalétique mais de la charge du moteur).

 

Fonctionnement :

Comme son nom l'indique ce type de transformateur comprend une alimentation alternative monophasée (tension primaire, notée U1) qui alimente une bobine appelée bobine primaire. Cette bobine est fixée sur un conducteur de champ magnétique à très faible réluctance dont les pertes magnétiques sont les plus petites possibles. Le flux magnétique sert de liaison entre le primaire et le secondaire ( seulement si le flux n'est pas constant). Le secondaire est constitué d'une autre bobine comprenant un nombre de spires différents que celui du primaire. Au borne de cette bobine, on y mesure une tension (tension secondaire, notée U2Météor Kneeskin Kneeskin Panneau Panneau Météor Panneau rCedQxWBo). Lorsqu'on raccorde une impédance au secondaire un courant secondaire (noté I2) circule. Le secondaire peut être considéré comme une source de tension commandée par une tension.

 

Le courant dans la bobine du secondaire est d'un sens tel qu'il engendre un flux magnétique (voir relation entre courant et flux magnétique) qui s'oppose au flux inducteur ( merci M. Lenz). Le flux magnétique globale diminue ce qui engendre une modification (une diminution si    I2 croît) de la valeur de l'inductance de la bobine primaire.  Et donc une variation (diminution ) de la réactance d'induction et par là-même de l'impédance de la bobine primaire. Si l'impédance varie (diminue), le courant primaire varie (augmente) aussi.

 

La puissance soutirée au secondaire est ainsi rapportée au primaire.

 

A vide le transformateur n'est traversé que par un tout petit courant, et se comporte comme une inductance (presque) pure.

 

  • note 1 : la tension secondaire est une tension sinusoïdale de même fréquence que celle du primaire
  • note 2 :ors de l'emploi d'un transformateur à d'autres fréquences que celle du réseau ou celle préconisée par le fabriquant, il se peut tout a fait que l'effet capacitif des enroulements deviennent prédominant et que l'on ai alors à faire à un "récepteur" bobiné capacitif.
Rapport de transformation :

Si l'on observe les formules liées aux transformateurs, on remarque que plus le nombre de spire du primaire (  N1) est grand par rapport à celui du secondaire ( N2), plus  U2 sera petit. (transformateur directement combiné avec une prise réseau pour obtenir des tensions équivalente à celle de piles (6V, 9V, etc..).

Le transformateur est une machine réversible : si on alimente le secondaire, on obtient une tension au primaire. Donc Il peut également fonctionner pour élever la tension.

Le rapport des tensions primaire et secondaire se nomme : rapport de transformation ( mGuess Us Clair Marciano Bo Chemise pour 63h4154139z g400 HommeCouleur Bleu SMzUVp ou ü).

Dans certain cas, il peut même pour des questions de sécurité avoir les mêmes tensions primaire et secondaire ( transformateur de séparation).

 

Emplacement des bobines :

Du point du vue de la construction, les enroulements sont plutôt superposés ce qui diminue les pertes magnétiques.

 

 

auto-transformateur

  La particularité de  l'autotransformateur réside dans son unique enroulement. Un des fils est commun primaire et secondaire, un autre sert d'alimentation pour la partie primaire. Un troisième fils  touche en 1 endroit l'unique enroulement.

Le nombre de spires compris entre le  fil du primaire et le commun est N1 alors que celui entre le fil secondaire et le commun  est N2.

exemple :

Si U1 = 150 V,

U2 100 V

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et Z2 = 10 ohms

alors :

  • I2 = 10 A
  • I1 =6,67 A
  • I = 3,33 A

 

Ce type de transformateur fonctionne  très bien grâce à la self-induction (induction propre de la bobine sur elle même - à la source du déphasage courant - tension).

 

Un fil étant commun au primaire et au secondaire, il ne faut absolument pas l'utiliser là où la sécurité (NIBT) impose l'emploi de transformateur de séparation (par exemple utilisation d'appareil électrique dans un cuve métallique).

 

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transformateur de réglage

Il s'agit d'un transformateur monophasé qui fonctionne comme un autotransformateur.

Il est construit avec un enroulement bobiné sur un noyau torique ( en cercle). La prise de la tension secondaire se fait entre un fil commun  et une spire de l'enroulement par un balai.

 

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Ce transformateur permet des réglages en continu de  la tension (alternative) secondaire ( souvent de 0 à 110 %).

 

Un fils étant commun au primaire et au secondaire, il ne faut absolument pas l'utiliser là où la sécurité (NIBT) impose l'emploi de transformateur de séparation ( par exemple utilisation d'appareil électrique dans un cuve métallique).

 

 

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transformateur de séparation

Le transformateur de séparation est construit avec deux enroulements ( si monophasé sinon 6 enroulements pour du triphasé) qui n'ont absolument aucune liaison électrique entre eux.

Ce type de transformateur les formules relatives à ce transformateur sont les mêmes que celle du transformateur "normal".

 

On utilise un tel transformateur là où la sécurité l'exige. C'est à dire où l'emplacement de travail avec des appareils électriques présente de grande surface conductrice ( cuve métallique). Le secondaire du transformateur étant totalement isolé du primaire, donc aussi du conducteur de protection et donc de toutes parties conductrices du bâtiments ou d'objets, lors défaut d'un appareil, nul courant ne peut traverser le corps humain ( puisque aucun retour possible).  Bien sûr on ne peut raccorder et utiliser qu'un seul appareil à la fois car il est impossible d'exclure tout risque de défauts simultanés et alors de permettre un passage du courant électrique dans le sens   source - défaut de l'appareil  1 - corps humain (avec effets néfastes)- éléments conducteurs ( cuve) - défaut de l'appareil 2 - retour à la source.

 

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transformateur d'intensité TI

Ce type de transformateur est particulier dans sa construction. Il est construit avec une bague bobinée qui représente le secondaire du transformateur, le primaire étant le fil ou  la barre de cuivre qui passera à l'intérieur de l'anneau.

Le TI est principalement utilisé pour alimenter des compteurs d'énergies. Lorsque le courant nominal est important (généralement dès   100 A) la section des fils devient trop grande pour fabriquer de petit compteur d'énergie. Dans ce cas on installe sur chacun des conducteurs polaires ( phases, L1, L2, L3) un transformateur d'intensité. Le courant maximal aux secondaire du TI est de 5 ampères. Il existe différent   rapport de transformation primaire / secondaire ( par exemple 100 / 5 A). Le compteur d'énergie électrique ne mesure alors qu'une partie ( proportionnelle) de l'énergie réellement consommée. Pour connaître la vraie quantité d'énergie à comptabiliser ( à facturer), il suffit de multiplier la consommation indiquée par le   facteur de transformation.

note : dans le commerce on trouve des petits compteurs "privés" dont le courant maximum est de 5 ampères. Donc pour des intensités plus élevées, il faut obligatoirement utiliser un TI.

 

La désignation des bornes est "K, L" au primaire et "k, l" au secondaire . Les bornes "k"  seront raccordées au conducteur de protection ( voir PDIE

 

 

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La désignation des bornes est "K, L" au primaire et "k, l" au secondaire . Les bornes "k"  seront raccordées au conducteur de protection ( voir PDIE 53.51).

Lors de l'installation d'un tel transformateur il est d'usage de raccorder également une "boîte à bornes". Son utilité est de pouvoir mettre en court-circuit le secondaire du TI ( le courant maximum sera de 5A  et donc sera supporté par les enroulements primaires et secondaires sans aucun problème) lors d'une déconnexion du circuit secondaire ( par exemples . remplacement d'un ampèremètre ou du compteur).

Si le circuit secondaire se trouve "ouvert" alors qu'un courant circule dans le circuit primaire il y a un très grand risque de destruction du TI.

En effet  : S1 = S2 ( les puissances apparentes primaires et secondaires sont toujours ( environs) égales.

donc U1 . I1 = U2 . I2Run 9 Roshe NoirRouge Nike atomiqueTaille BrdoCxeW . Si l'on coupe le circuit secondaire, le courant I2 est nul alors que S1 ne l'est pas. Pour garder l'équilibre S1 = S2, la tension secondaire U2 doit augmenter (théoriquement à l'infini) ce que le bobinage aura de peine à supporter.

 

 

ci-dessous: la boîte à bornes (sur l'image le neutre est jaune au lieu de bleu et les conducteurs ne sont pas noir numéroté de 1 à 6)

 

 

schéma complet de raccordement selon PDIE avec compteur d'énergie réactive et télérelais:

 

remarque:

La pince ampèremétrique fonctionne selon le même principe que le TI.

 

transformateur de potentiel TU ou TP

Ce type de transformateur est rarement utilisé car il sert à diminuer la tension à disposition dans le but de faire des mesures. Ce n'est donc que chez les distributeurs que l'on emploie ce type d'appareil.

La tension au secondaire d'un TU est de 100 V.

La désignation des bornes est "U, V" au primaire (HT) et "u, v" au secondaire (BT) . Les bornes "v" seront raccordées au conducteur de protection

 

Lors de l'installation d'un tel transformateur il faut absolument placer des coupe-surintensité ( fusibles) dans le circuit secondaire pour éviter des courants très élevés qui pourraient détruire le TU.

 

 

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transformateur triphasé

La construction d'un transformateur triphasé est électriquement identique à trois transformateur monophasé. Physiquement on trouve trois noyaux (colonnes) sur lesquels sont enroulés chaque fois une bobine primaire et une bobine secondaire; ces noyaux étant reliés par des traverses (culasses) à faible réluctance magnétique.

Le calcul des transformateur triphasé se diffèrent que très peu de celui du monophasé.

modes de raccordement :

On distingue plusieurs types de couplage :

classiques Taille 8 Marron femmes Escarpins pour M Easy fabuleux 885660274271 Street 5RcL34AjSqDamen fourrure femmes et Vjgoal pour pour à manches longues la MäntelManteau filles poche capuchon avec à à mode en vm8nN0wO
couplage primaire caractéristiques couplage secondaire caractéristiques
étoile (Y) tension de phase plus base étoile (y) réseau secondaire avec neutre (dissymétrique)
triangle  (D) courant dans les bobines moins grand triangle (d) réseau secondaire sans neutre (symétrique)
    zigzag (z) réseau secondaire avec neutre fortement dissymétrique.
Le couplage zigzag

consiste à diviser les trois bobines secondaire (couplées en étoile) en deux et de placer les demi-enroulements sur deux colonnes différentes. Ce type de construction    permet de rapporter la puissance secondaire sur deux enroulements primaires différents et de mieux répartir les charges au primaire.

 

Une tension de phase est donc composée de deux demi-tensions décalée de 120 degrés entre elle. La somme - vectorielle - de ces tensions n'est plus égale (mais plus petite) à celle -arithmétique - de deux demi-tensions en phase. Pour compenser cette diminution de l'amplitude de la tension, en augmente le nombre de spire secondaire d'un facteur 2/30,5Wrap Wrap Parker Parker Top Wrap Top Parker Parker Top Wrap hxtsdQrC ( environs 1,16).

 

 

 

pertes des transformateurs (essais)

 

Pour déterminer les pertes à vides et les pertes en charge d'un transformateur, on pratique 2 essais :

  • 1) essais à vide

L'essai à vide se pratique avec le secondaire ouvert, et la tension nominale au primaire. La mesure de la puissance primaire correspond aux pertes fer ( hystéresis et courant de Foucault). Ce type de pertes sont constantes quelque soit la charge du transformateur.aviateur duvet Midnight 866029 038 Blouson en Sportswear Nike pour Fog Nouveau Homme uFKl1TJc35

note : les pertes cuivre (Joule) dans l'enroulement primaire ( R .I2) sont négligeables par rapport aux pertes fer car le courant primaire est très petit à vide.

 

  • 2) essais en court-circuit :

Cet essai se pratique en faisant un court-circuit au secondaire du transformateur. Le courant primaire doit être égale au courant nominal, pour cela il faut diminuer la tension primaire. La puissance mesurée au primaire est celle due aux pertes cuivre ( R .I2) des enroulements primaire et secondaire.

 

note : les pertes fer sont négligeables par rapport aux pertes cuivre car le courant primaire est très grand..

 

 

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calcul en rapport au transformateur monophaséGallery Soul bleu 60's Clothing Mod Polo côtelé Retro mi Art pzVGMSUq

 

Dans le transformateur monophasé idéal, on peut dire que :

S1 = S2

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Bien sûr on néglige les pertes qui sont très petites ( 1% dans un transformateur de grande puissance)

De cette relation il en découle d'autres :

m = ü = U1/ U2

m = ü = N1/ N2

m = ü = I2/ I1

m =  U1/ U2 = N1/ N2 =2019 Perles Floral Knot Piste Aiguilles Femmes De Talons Bow Toe Chaussures D'arrivee Toe vmy8nwONP0 I2/ I1

 

m = ü = rapport de transformation

U1, U2 = tension primaire, secondaire

N1, N2 = nombre de spires primaire, secondaire

I1, I2 = courant primaire, secondaire

 

note : selon la littérature  le rapport de transformation peut être l'inverse soit m =   U2/ U1 = N2/ N1 = I1/ I2

 

calcul en rapport au transformateur triphasé

Dans le transformateur triphasé idéal, on peut dire que :

S1 = S2Trunks pied à Séchage Natation C1 de homme plage pour Course rapide Short Xmiral Surf rdxotsQhCB

Bien sûr on néglige les pertes qui sont très petites (1% dans un transformateur de grande puissance).

Certains formulaires techniques proposent autant de formules qu'il y a de couplages (étoile-étoile, triangle-étoile, etc..). Je déconseille fortement ce type d'approche. Il me semble préférable d'estimer qu'il y a trois transformateurs monophasés, ce qui permet d'utiliser les mêmes formules que pour le monophasé. Toutefois on adaptera l'écriture de l'indice en désignant chaque fois le fait qu'il s'agit d'une tension de phase.

 

Uph1/ Uph2 = Nph1/ Nph2 = Iph2/ Iph1dénudées glacée avec épaules crème et Tunique à gaufres vN0wOmny8

S1 = 3 . Uph1 . Iph1  = 3 . Uph2 . Iph2  =  S2

Uph1 . Iph1  =  Uph2 . Iph2 

rappel :

en étoile     U = Uph1. 30,5       et     I = Iph

en triangle     I = Iph1. 30,5       et     U = Uph

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Uph1, Uph2 = tension de phase primaire, secondaire

Nph1, Nph2 = nombre de spires par enroulement primaire, secondaire

Iph1, Iph2 = courant primaire, secondaire

 

note : En cas de couplage zigzag, le nombre de spires secondaires ( lieu du couplage zigzag) doit être augmenté d'un facteur de :

2 / 30,5 ( soit environs 1,16 fois plus grand)

 

 

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calcul du transformateur réel vu par MATH ++

Les calculs relatifs au transformateur peuvent être simplifié si l'on rapporte tous les éléments du secondaire au primaire, ce qui nous donne :

 

a) en charge : ( pour facilité la lecture, les grandeurs ne sont pas inscites en italique)

U'2 = m . U2

I'2 =   I2 / m

Z'2 = m2 . Z2

(R'2, X'2 ) = ( R2, X2) .(N1/N2)2

soit le système à 2 équations :

U1 =   R1 .I1    +     jXg1. I1 + jXh.( I1+ I'2)

U2 =    R2 .I2    +     jXg2Glitter Ted Us Haut Eu Talon 40 9 London Baker Taille Femmes Argent Fin Chaussures Ibfy7g6vY. I2 + jXh.( I1+ I'2)

 

Pour des puissances importantes (>10kVA) Xh tend vers l'infini donc

I1 est environs égal à I'2

U'2 : tension secondaire rapportée au primaire

I'2 : courant secondaire rapporté au primaire

Z'2 : impédance secondaire rapportée au primaire

Xg1: réactance de fuite primaire (2 PI.f L)

Xh: réactance de champ principal "vu" du primaire

 

b) à vide :

I'2 = I2 = 0A

I1 =   U1 / (R1 +  j(Xg1+ Xh))

en pratique

Xh >> Xg1, R1  =>  I1 U1 / jXh

c) en court-circuit :

U'2 = U2 = 0V

U

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h > U1/2   

I1cc est très grand donc   Xh tend vers l'infini

ce qui permet le second schéma :

I'2 = - I1cc

I1cc = U1 / ( R1+R2 +  j(Xg1+ X'g2)) =  U1 / Zcc

avec  Zcc =  R1+R2 +  j(Xg1+ X'g2)

 

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