INCI 2e année de Licence année 2002-2003 TD 3 Bobine à noyau de fer-Transformateur monophasé Exercice 1 : Etude d’un transformateur d’impulsion Soit un circuit magnétique de longueur l, de section S sur lequel on a bobiné 2 enroulements de n1 et n2 spires dont l’un est ouvert (i2=0), et l’autre relié à un générateur (eg, rg) comme l’indique la figure 1. Les résistances des enroulements sont négligeables devant rg. Le circuit magnétique est en ferrite, dont on donne la caractéristique magnétique B=f(H) représentée figure 2. On suppose le champ magnétique constant en module dans tout le matériau magnétique. Figure 1 Figure 2 On donne rg=50, n1=20spires, n2=40spires, Bs=0,5T, H0=50A/m et l=4cm. 1/ déterminer la valeur de l’inductance L de l’enroulement 1. On aura soin de distinguer les différents cas. En déduire la valeur de S pour obtenir L=5mH dans la partie linéaire. Calculer la valeur Isat de i1 pour laquelle le matériau atteint juste la saturation. 2/ On applique une fém eg(t) en échelon (eg(t<0)=0 et eg(t>0)=E) a) A partir de la valeur de Isat, déterminer la valeur maximale Es de E pour que la saturation n’apparaisse pas. Avec E<Es, déterminer l’expression algébrique de u1(t) et de i1(t). b) Avec E<Es, déterminer l’expression algébrique de u2(t). c) Avec E=Es/2, tracer les graphes de i1(t), u1(t) et u2(t) d) Comment sont modifiés les résultats précédents quand E>Es ? tracer les graphes de u1, i1 et u2 dans le cas où E=2.Es. INCI 2e année de Licence année 2002-2003 Exercice 2 : Identification des paramètres du modèle du transformateur monophasé La plaque signalétique d’un transformateur monophasé porte les indications suivantes (relatives au fonctionnement nominal) : - Puissance apparente : 1,65kVA - Tension primaire nominale : 220V - Tension secondaire nominale : 110V On effectue dur ce transformateur deux essais : a) Essai à vide On trouve : V10=220V V20=120V I10=0,65A P0=50W b) Essai en court circuit On trouve : I1cc=8A V1cc=7,5V Pcc=32W NB : Toutes les valeurs des courants et des tensions sont les valeurs efficaces. 1/ Déterminer le rapport de transformation. 2/ Déterminer le courant nominal primaire et secondaire. 3/ Déterminer les élements du schéma équivalent du transformateur. INCI 2e année de Licence année 2002-2003 TD 3 Transformateur monophasé Exercice 1 : Transformateur d’impulsion pour la commande d’un thyristor Un thyristor est un composant semi-conducteur qui est utilisé comme un interrupteur dans les circuits de puissance. Il peut supporter des courants pouvant atteindre plusieurs centaines d’ampères et bloquer des tensions de plusieurs centaines de volts. Symbole et caractéristique statique du thyristor Pour commander la mise en conduction (ou Amorçage) du thyristor, il faut envoyer sur l’électrode de gachette G, une impulsion de courant ig>0 d’une durée de qq dizaines de s. Pour isoler le circuit de commande du circuit de puissance (pour des questions de sécurité), on utilise un transformateur : Schéma du circuit de commande Caractéristiques du transformateur : n1=n2, n1.sat=V0.t=300V.s Hypothèses : -Les résistances du primaire et du secondaire ainsi que les fuites magnétiques sont négligeables. -Le transistor se comporte comme un interrupteur parfait. Les diodes sont parfaites. -Le thyristor vu entre gachette et cathode, se comporte comme une fcem Ug On partira de la condition initiale (t=0)=0. 1/ Représentez l’allure de la courbe B=f(H) pour un matériau magnétique doux. 2/ A t=0 on ferme l’interrupteur (Transistor saturé) INCI 2e année de Licence année 2002-2003 a) Déterminez (t). Que se passe-t-il quand atteint la saturation sat=Bsat*S ? b) sachant que le constructeur du transformateur donne la valeur V0.t=n1*sat=300 s, en déduire la durée pdt laquelle on peut laisser l’interrupteur fermé sans atteindre la saturation du circuit magnétique.. 3/ Vérifiez que le circuit peut se ramener au schéma équivalent suivant : Schéma équivalent vu côté secondaire 4/ Lorsque K est ON, quel est l’état des diodes D1 et D3 ? Déterminer ig(t), v2(t) et (t). 5/ A t=t1, on ouvre K (ic=0), sachant que i’ doit être continu, D1 peut-elle être bloquée ? D3 peut-elle être passante ? Donnez l’allure de la caractéristique iz=f(vz). Que vaut v2(t) ? (t) ? Exercice 2 : Etude d’un transformateur monophasé industriel Le schéma de la figure 1 est celui d'un transformateur monophasé dans le cadre des approximations de Kapp. Figure 1 R1=0.8 ; R2 = 0,19 ; ll = 7,6 mH ; l2=85 H ; RPFe = 1400 ; L1=1,17 H ; f=50Hz Nombre de spires primaires: N1 = 891 Nombre de spires secondaires: N2 = 297 1/ Le transformateur est à vide. Il est alimenté au primaire sous une tension sinusoïdale de valeur efficace U1 = 660 V de fréquence 50Hz. a) Trouver la valeur efficace du courant absorbé I10 et son déphasage par rapport à la tension primaire. b) Quelle est la tension U20 mesurée au secondaire ? 2/ On place un court-circuit au secondaire et on alimente le primaire sous tension réduite (sinusoïdale, f=50Hz). le courant primaire est de 4.5 A en valeur efficace. Calculer les valeurs efficaces du courant secondaire, de la tension primaire et la puissance active et réactive absorbées.