Le transformateur monophasé

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NOTE D’INFORMATION
Le transformateur monophasé
Les transformateurs sont utilisés dans de nombreux cas où l’on désire Abaisser,
élever la tension ou protéger les personnes.
Il existe de nombreuses sortes de transformateurs selon le besoin.
I.
Composition et principe de fonctionnement :
Construction Electrique
Le transformateur ne
alternative.
peut
fonctionner
qu’alimenté
sous une
tension
Il se compose d’un circuit
magnétique et de deux enroulements
minimums (Primaire (1) et Secondaire
(2)).
Les enroulements sont en fil de
cuivre émaillé pour les faibles courants
ou en barres de cuivre méplat isolé pour
les forts courants. Ils peuvent être
concentriques, en galettes ou séparés.
Enroulements séparés
Enroulements concentriques
Enroulements en galettes
Le circuit magnétique se compose
de feuilles de tôle de Fer / Silicium
(peu
conductrices,
mais
très
ferromagnétiques) empilées pour limiter
les pertes par courant de Foucault dans
le circuit magnétique.
Bobinage
Colonne
Circuit Magnétique
Carcasse
isolante
support
bobinage
Picots de connexion
L’enroulement primaire alimenté par une tension alternative va créer un champ
magnétique variable dans le circuit magnétique.
L’enroulement secondaire voit donc un champ magnétique variable.
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Ce champ va engendrer, grâce à la loi de Lenz, une FEM alternative
secondaire de même fréquence que le champ et donc que la tension primaire.
au
Si l’enroulement secondaire est fermé sur une charge, un courant va donc
traverser la charge et l’enroulement.
Les lois qui régissent le transformateur parfait sont les suivantes :
* I1
Construction Electrique
U1
* I2
U2
* I1
U1
N 1 .I 1  N 2 .I 2 (théorème d' Ampère)
S  U 1 .I 1  U 2 .I 2  (VA) (transform ateur parfait  pas de pertes)
Tension à
U2
U 20 I1 N 2
vide
m
 
U1 I 2 N1
* I2
Convention récepteur au primaire et générateur au secondaire
m est le rapport de transformation du transformateur (rapport du nombre de
spires, rapport des tensions à vide ou rapport inverse des courant pour le
transformateur parfait)
Pour le transformateur parfait, toute la puissance qui entre dans le
transformateur en sort (S1 = S2, P1 = P2).
En régime nominal on parle de Sn : Puissance apparente nominale. C’est une
grandeur importante du transformateur qui apparaît dans la plaque signalétique. Elle
donne la capacité qu’a le transformateur à transformer une puissance. Elle permet de
déterminer les dimensions du transformateur (I détermine la Section des fils
( I   * S ); U détermine la Section du CM et le Nombre de spires (1 et 2) donné
par U=> ( U 1  4,44 * Bˆ * N1 * S * f ). L’ensemble U et I (S) détermine la Dimensions de
la fenêtre.
Malheureusement, un transformateur réel n’est jamais parfait. En effet, Le
circuit magnétique est légèrement conducteur. Il va donc se créer des courants de
Foucault dans les tôles qui vont engendrer des pertes fer. De plus, un enroulement
est toujours résistif Des pertes joules dans les enroulements vont faire chuter le
rendement. Le transformateur aura donc sa tension au secondaire qui chutera si on
débite un courant au secondaire ( U 2 ).
P2 = U2. I2*cosφ2
P1 = U1. I1*cosφ1
Pj2 = R2. I²2
Pfer =f(U1, f)
Pj1 = R1. I²1

P2
P2  Pertes_ fer  Pertes_ joules_( primaire_ secondaire)
(proche de 100%)
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II.
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Transformateur de séparation
Ph
230V
230V
Construction Electrique
N
III.
-
Enroulements primaires et secondaires séparés
-
Aucun danger en cas de contact avec une phase
du secondaire
-
Isolement primaire secondaire 4000 V.
Transformateur de sécurité
Ph
230V
12V
-
Transformateur destiné à alimenter des appareils
TBTS (milieu humide) <50V
-
Contact avec les 2 phases du (2) pas dangereux
en milieu humide
N
IV.
Autotransformateur
Ph
230V
U
N
V.
+15
0
-15
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-
Astuce pour abaisser la tension pas
chère (1 seul enroulement).
-
Enroulements primaire et secondaire
une partie commune
-
Pas d’isolement galvanique.
-
N’assure pas la sécurité en cas de
contact avec le (2)
Transformateur à prise de réglage au primaire
230V
230
400
Primaire Secondaire
-
Obtention d’une tension secondaire précise.
-
Adaptation de la tension primaire à la tension
réseau.
Exemple Si on a 245V au primaire, il faudra alimenter
le (1) entre +15 et 230
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VI.
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Transformateur d’alimentation des circuits de commande
Utilisation :
-
Transformateur à enroulements séparés.
-
Pas tout le temps nécessaire.
Construction Electrique
Quand on les utilise :
-
Tension secondaire toujours < 250 V
-
Tension compatible avec le matériel qui suit le transformateur.
Protection contre les marches intempestives : Marche non désirée
Défaut d’isolement : mise en contact accidentelle d’une partie active et une
masse.
Défaut en 1
: Rien ne se passe
Défaut en 1 et 2
: S1 en court-circuit => KM1 s’enclenche sans qu’on
ne lui en donne l’ordre
Défaut en 1 et 3
: S0 en court-circuit => Impossible d’arrêter KM1
Solution : Protection par fusible (pour arrêter
le système en cas de problème) avec création
d’un neutre pour créer un court-circuit et
griller le fusible en cas de problème
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VII.
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Protection des transformateurs
Protection par fusible ou disjoncteurs possibles.
Construction Electrique
Primaire :
-
Le transformateur ne génère pas de surcharge s’il est seul => Protection
uniquement contre les court-circuits.
-
Mise sous tension provoquant un courant d’appel (25 In) pendant environs
10ms => La protection ne doit pas déclencher pendant cette phase.
 Protection par fusibles type aM ou Disjoncteurs particuliers bien réglés
(courbe C ou D choisi judicieusement) calibre légèrement supérieur au
courant nominal primaire du transformateur Sn/U1.
Secondaire :
-
Le secondaire, et la charge du transformateur sont à protéger contre les
« surcharges » et les court-circuits (car charge = bobine de relais en
général).
-
« Surcharge » : Calibre de l’élément de protection égal au courant demandé
par la charge du transformateur inférieur ou égal au courant nominal du
secondaire du transformateur.
-
Court-circuit : Vérifier que le point le plus éloigné ou peut se faire le CC
provoque le déclenchement de l’appareil de protection en moins de 5
secondes
 Protection par fusible type gG ou disjoncteurs bien calibrés I charge
Scharge / U2 (courbe C ou B).
=
Alimentation Phase-Neutre
Alimentation Phase-Phase
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VIII.
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Couplages des secondaires
Transformateur 230V / 2*24V 100VA
 2 secondaires
I2 E *
2
400
U2
24V 50VA
*
300
200
S2
I’2 E1*
Construction Electrique
U1
230V
100
0
-100
U’2
24V 50VA
0
30
60
90
120
150 180 210
240 270 300
330 360
-200
-300
S1
-400
I2max = I’2max =S/U2=50/24=2,14A
Couplage série
Couplage parallèle
I2 E2 *
I2 E2 *
*
U1
230V
*
S2
I’2 E1*
U1
230V
48V
100VA
S1
U2
24V 100VA
S2
I’2 E1*
S1
I2tot = I2max + I’2max =S/U2=100/24=4,28A
Relier E1 à E2 et S1 à S2
I2max = 2,14A
Relier E2 à S1 ou E1 à S2
Repérage des sens d’enroulement des secondaires (E 1 ?, S1 ? E2 ? S2 ?)
*
U2
U1
230V
-
On connecte une borne de chaque enroulement.
-
On mesure la tension sur les deux autres bornes.
-
La tension est nulle => Couplage parallèle possible
-
La tension vaut le double de la tension secondaire
=> Couplage série déjà réalisé.
U’2
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