Transformateurs triphasés : Cours complet

TRANSFORMATEURS TRIPHASES
I) Présentation
I.1) Constitution :
Un transformateur triphasé comporte un primaire et un secondaire qui peuvent être couplés de diverses
manières.
I.2) Plaque signalétique :
La plaque signalétique nous renseigne sur :
Nom du constructeur et numéro de fabrication
La fréquence d’utilisation.
La puissance apparente S = 3V1I1N = 3V20I2N
La tension primaire nominale U1
La tension secondaire à vide U2V.
Les courants nominaux
2
2
3
N
n
S
IU
et
1
1
3
N
N
S
IU
I.3) Couplages :
Le rapport de transformation d’un transformateur triphasé est le quotient
20
1
U
mU
.
A la différence du transformateur monophasé ce rapport n’est pas toujours égal à
2
1
N
N
car il dépend du mode
de couplage.
I.3.1) Notations :
Une ligne correspond aux enroulements sur un noyau.
A,B,C sont les bornes hautes tension et a,b,c les bornes basses tension.
Ces bornes correspondent aux bornes homologues.
On suppose les enroulements bobinés dans le même sens.
Ainsi les tensions VA et Va sont en phases
I.3.2) Indice horaire h:
L’indice horaire est un nombre h multiplié par
6
qui indique le déphasage
compté en sens horaire d’une tension simple ou composée du secondaire
an
V
ou
ab
U
par rapport à une tension simple ou composée du primaire
AN
V
ou
AB
U
I.3.3) Choix des couplages :
 La présence du neutre dans les installations basse tension permet
d’obtenir 2 types de tension : simple pour les usages domestiques usuels ou composée pour l’alimentation
des petits moteurs.
 Il est intéressant en haute tension d’avoir un couplage qui fait apparaître le neutre. Le neutre, les
parties métalliques et magnétiques sont mises au potentiel de la terre ce qui réduit l’isolement des
bobines haute tension.
 On évite d’avoir le même couplage au primaire et au secondaire pour ne pas transmettre intégralement
le déséquilibre éventuel des courants. Sin le neutre est nécessaire des deux côtés alors le montage Yz
ou Zy est alors communément employé.
A
B
C
a
b
c
N
n
VA
Va
N1
N2
VAN
Van
h=1
h=2
h=3
h=4
h=11
h=9
h=10
h=8
h=7
h=6
h=5

I.3.4) Couplages courants :
Symbole
Van/VAN
Montage
Diagramme Vectoriel
Yy 0
2
1
N
N
A
B
C
a
b
c
N
n
N1
N2
VA=VAN
VB
VC
Va=Van
Vb
Vc
N
n
Yd 1
2
1
3
N
N
A
B
C
a
b
c
N
n
N1
N2
VA
VB
VC
Va=Uab
Vb
Vc
N
n
UAB
UAB
/6
Yz 11
2
1
3
2N N
A
B
C
a
b
c
N
n
N1
N2/2
N2/2
VA
VB
VC
Va
Vb
Vc
N
n
2Van
/6
-Vb
VAN
Dy 11
2
1
3N
N
A
B
C
a
b
c
N
n
N1
N2
VA=UAB
VB
VC
Va
Vb
Vc
N
n
Uab
/6
-Vb
UAB
Dd 0
2
1
N
N
a
b
c
n
N2
A
B
C
N
N1
VA
VB
VC
Va
Vb
Vc
N
n
UAB
Uab
UAB
-Vb
Zy 1
2
1
2
3
N
N
A
B
C
a
b
c
N
n
N2
N1/2
N1/2
VA
VB
VC
Va=Van
Vb
Vc
N
n
2VAN
Uab
/6
2UAN

II) Modélisation
II.1) Modèle équivalent par phase:
V1
V’1
V’2 =V20
N1
N2
L2
N1 spires
r1 résistances
f1 fuites
R2
V2
I2
Rµ
Lµ
I1µA
I1µR
Iµ
6
jh
me
I1
I’1
A
N
n
a
II.2) Bilan des puissances :
Puissance fournie
1 1 1 1
3 cosP U I
Aux bornes de
l’enroulement
primaire
Dans
l’enroulement
primaire
Dans le fer
Dans
l’enroulement
secondaire
Charge
Puissance fournie
1 1 1 1
3 sinQ U I
Pertes Joules
2
1 1 1
3
J
P rI
Pertes fer
22
211
13
3
fer µ µA µµ
VU
P R I RR
Pertes Joules
2
2 2 2
3
J
P r I
Puissance
absorbée par le
flux de fuite
2
1 1 1
3
ff
QI
Puissance magnétisante
22
211
1 1 1 3
33
M µR µ µR µµ
VU
Q V I L I LL
Puissance
absorbée par le
flux de fuite
2
2 2 2
3
ff
QI
Puissance utile
2 2 2 2
3 cosP U I
Puissance disponible
2 2 2 2
3 sinQ U I
III) Essais
III.1) Détermination du modèle : essais
III.1.1) Essai à vide sous tension nominale
Les pertes fer
2
1 10
10 10
3
fer j
rI
P P P
et donc
µ
R
car
22
11
3
fer Kapp µµ
VU
PRR
.
De même la puissance réactive » nécessaire à l’installation flux »
2 2 2
2
2 2 2 2 1 1 1
10 10 10 1 10 10 1 10 33
33
fKapp
µ µ µ
V V U
Q S P U I P I L L L
soit
22
11
10 3
µµ
VU
QLL
et ainsi
µ
L
III.1.2) Essai en court circuit à courant nominal sous tension réduite
Les pertes Joule permettent de déterminer
2
R
U’2 =mU1CC
L2
N1 spires
r1 résistances
f1 fuites
R2
I2CC

1
22
2
3CC
CC
P
RI
On en déduit aisément
2
2
1
2 2 2 2
2
CC
CC
mV
Z R L
I
donc
2
2
11
2 2 2 2
22
3
CC CC
CC CC
mV Q
X L R
II
III.2) Diagramme de Kapp :
Comme en monophasé on obtient
2 : imposé par la charge
V20
V2
R2I2
jL2 I2
I2
x
y
III.3) Rendement :
2 20 2 2 2 2 2 2 2
cos sinV V V R I X I
donc
2 2 2 2 2 2 2 2
3 3 cos sinU V R I X I
Le rendement est déterminé soit :
 par la méthode des pertes séparées : essai à vide et en court circuit.
 par la méthode directe par un essai en charge.
22
12J fer
PP
P P P P
2 2 2 2 2 2
2
12 2 2 2 2 2 2 2 2 2
3 cos cos
3 cos 3 cos 3 fer
fer
P U I U P
PU I R I P U R I I
IV) Mise en parallèle de deux transformateurs
Mais, pour que l’on puisse coupler à vide 2 transfos triphasés, il faut que leurs diagrammes vectoriels de tension
coïncident ( pas de ddp entre deux bornes), il faut que les deux transformateurs possèdent le :
 • Même rapport de transformation
 • Même ordre de succession des phases
 • Même décalage angulaire ou même indice horaire (éventuellement séparés de 4 ou 8) , ils doivent
donc appartenir au même groupe.
 De plus, pour avoir une répartition correcte des puissances entre les 2 transfos en charge, il faut
aussi qu’ils aient la même chute de tension donc pratiquement la même tension de court -circuit
I1N
A
W
V
U1CC
Schéma de l’essai en court-circuit
AC
AC
W