Etalonnage des transformateurs étalons

CHAPITRE III : ETALONNAGE DE TRANSFORMATEURS ETALONS
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CHAPITRE III :
ETALONNAGE DE TRANSFORMATEURS
ETALONS

CHAPITRE III : ETALONNAGE DE TRANSFORMATEURS ETALONS
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Les transformateurs construits avec soin fournissent généralement un rapport (de
tension ou de courant) égal à quelques 10-6 près au rapport du nombre de spires de ses
enroulements. L’écart par rapport à la valeur nominale est stable et peut être mesuré, c'est
l'objet de l'étalonnage de ces transformateurs. Deux méthodes d’étalonnage de
transformateurs seront présentées ici : la première méthode consiste à comparer le rapport de
tension, délivré par deux sections successives du transformateur à étalonner, à un rapport de
référence. La seconde, consiste à comparer les tensions délivrées par ses différentes sections à
une tension de référence.
III.1 ETALONNAGE DE TRANSFORMATEURS PAR COMPARAISON
A UN RAPPORT DE REFERENCE
1.1 Description de la méthode
Cette méthode utilise les propriétés de stabilité du rapport 1:1 fournit par le
secondaire d'un transformateur de tare constitué de deux enroulements bifilaires. Un schéma
de principe de la technique de mesure est présenté sur la figure III-1, où dn est l'écart de la
tension délivrée par la section n par rapport à sa valeur nominale et e l'erreur du rapport 1 du
transformateur de tare[12] [16].
TC
n
n-1
n+1
anV
D2
D1
V(1+dn+1)
V(1+dn)Vc
Vc(1+e)
TA
Transformateur en
étalonnage Transformateur de tare
Figure III-1 : étalonnage par comparaison à un rapport de référence( seules deux sections
de l'enroulement métrologique du transformateur en étalonnage et le secondaire du
transformateur de tare sont représentés).

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La tension en sortie de Tc, 2Vc+eVc, est égalisée avec la tension délivrée par les deux sections
en essai de TA en réglant sa tension primaire. Cette condition est vérifiée à l'aide du détecteur
D2. Dans le même temps, la différence du rapport de tension entre les deux transformateurs
est équilibrée et mesurée à l'aide du générateur de tension anV et du détecteur D1.
Les deux conditions d’équilibre, l’égalité des tensions en regard et le rapport des tensions des
deux transformateurs, s’écrivent :
eVVdVdV CCnn  111 1
(III-1)
et
c
V
e
c
V
n
a
n
dV n
a
n
dV )1(
)1( 1
1
(III-2)
Après cette première étape d’équilibre, les connexions entre les transformateurs TA et
TC ainsi que le courant dans le primaire de TC sont inversées. On réalise alors un nouvel
équilibre avec des conditions similaires que précédemment donnant une nouvelle valeur an’.
En posant :
n
a
n
a
n
a '
(III-3)
on obtient en utilisant les équations des deux équilibres:
n
a
n
d
n
d
1
(III-4)
et
e
n
a
n
a '
(III-5)
En connectant successivement les différentes sections du transformateur, on peut
appliquer la relation récurrente III-4 (avec n prenant les valeurs entières de 0 à 9) pour
déterminer par exemple l'écart
1/10
c
par rapport à la valeur nominale du rapport 10:1:
 10
0
1/10 101,0 ii
aic
(III-6)
Les quantités an, dn et e ont une partie en phase et en quadrature, cependant dans le cadre de la
détermination de RK seule la partie en phase de la correction (partie réelle) des
transformateurs est prise en compte. Les parties en quadratures de ces différentes quantités,
même si elles sont relevées au cours des mesures, ne seront pas traitées.
1.2 Transformateur de tare
Cette méthode n'ayant encore jamais été utilisée au BNM-LNE/LAMA, il a été
nécessaire de construire un nouveau transformateur de tare spécialement dédié. Cet appareil a
été réalisé en même temps que les autotransformateurs présentés dans le chapitre II. Ce

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transformateur doit avoir un secondaire qui délivre un rapport de tension égal à 1, et ce
rapport doit être constant et indépendant du potentiel de la boucle de mesure par rapport au
reste du circuit. Pour obtenir ces propriétés, certaines précautions doivent être prises lors de sa
fabrication.
1.2.1 Enroulements bifilaires
Un rapport de transformation 1:-1 très précis peut être obtenu à l'aide d'un
enroulement bifilaire (figure III-2). Deux conducteurs issus d'un même toron sont torsadés
"fermement", ils sont ainsi en contact l'un avec l'autre sur toute leur longueur. Cette
disposition permet d'obtenir une uniformité des capacités et des inductances de fuite sur toute
leur longueur. Ils sont ensuite bobinés sur un tore magnétique de haute perméabilité. Les
tensions aux bornes des deux enroulements sont affectées de la même manière par la présence
des inductances, résistances et capacités de fuite, ainsi que par la présence d'éventuelles non
homogénéité des caractéristiques magnétiques du tore. La torsade permet d'éliminer
l'influence d'un éventuel champ parasite sur ce rapport. Nous avons appliqué cette technique
pour la fabrication de notre transformateur de tare à double étages.
-U
0
+U
Figure III-2 : enroulements bifilaires
1.2.2 Description des différents éléments
La figure III-3 présente une vue d'ensemble de ce transformateur. Ses différentes
caractéristiques sont listées ci-dessous :

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tores magnétiques "a" et "e"
Sortie
écran "c"
Ecran
électrostatique "c"
Blindages
magnétiques "d" et "g"
Enroulement
magnétisant "b" Les différents écrans
sont prolongés par
des tubes concentriques
Sortie blindage "d"et "g" Enroulement
métrologique "f"
20 spires
20 spires
200 spires
220 spires
240 spires
Figure III-3 : vue d'ensemble du nouveau transformateur de tare
- Les tores magnétiques "a" et "e" sont identiques à ceux utilisés dans les nouveaux
autotransformateurs.
- L'enroulement magnétisant "b" est un bobinage de 240 spires également réparties sur le tore
"a" avec une sortie à 220 spires et une autre à 200 spires. Le bobinage est réalisé selon la
méthode "Ayrton-Perry".
- Après le bobinage du magnétisant "b" sur le tore "a", le tore "e" est placé par dessus et
l'écran électrostatique "c" est mis autour de l'ensemble. Cet écran est prolongé par une tresse
en cuivre autour des 4 fils de sortie.
- Cet ensemble est placé dans un blindage en mumétal "d".
- Le secondaire (métrologique), "f", est bobiné par dessus ce blindage. Le bobinage est réalisé
à l'aide de 2 fils torsadés (enroulement bifilaire) formant 20 spires, soit 40 spires avec un
point milieu.
- L'ensemble est placé dans un second blindage magnétique "g" qui enveloppe le tout. Ce
blindage comporte 2 sorties tubulaires : une sur le dessus pour l'enroulement "f", et une sur le
dessous pour l'enroulement "b".
Un schéma électrique équivalent est représenté sur la figure III-4 :