Le transformateur monophasé

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Le transformateur monophasé
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1) Rappel
1.1 Principe de fonctionnement
Sur un circuit magnétique on réalise deux enroulements, l’un appelé primaire de N1 spires, l’autre
de N2 spires
Lorsque l’enroulement primaire est relié à une source alternative de tension U1, il crée un flux
alternatif. Ce flux variable induit dans l’enroulement secondaire une fém. Si on relie ce
secondaire à un récepteur, un courant alternatif parcourt le circuit. La puissance électrique
passe du primaire au secondaire par l’intermédiaire des variations de flux.
1.2 Symboles et conventions
Les conventions
Symboles du transformateur
Les deux symboles du transformateur monophasé
1.3 Rappel de relation d’électrotechnique
Rapport de transformation
Il est indépendant de la charge. Il dépend du rapport des nombres de spires.
U 2v
N2
=
=m
U 1v
N1
Formule de Boucherot
U2v = E2 = 4,44.N2 . f . φmax
U1 : Tension primaire à vide
U2 : Tension secondaire à vide
N1 : Nombre de spires primaire.
N2 : Nombre de spires secondaire.
m : Rapport de transformation
U2v : tension du secondaire à vide, en Volts (V)
N2 : Nombre de spires du secondaire.
f : Fréquence , en Hertz (Hz)
φmax : Induction maximale dans le fer, en Webers (Wb)
Nota : La formule de Boucherot est aussi applicable au primaire, la relation sera :
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U1 = 4,44.N1 . f . φmax
2) Mesure des résistances des enroulements
On utilisera la méthode volt-ampèremétrique en courant continu. Le courant doit être voisin du
courant nominal I1 pour R1 et I2 pour R2.
2.1 Travail demandé
Mesurer les résistances des enroulements primaire : R1 et secondaire : R2 du transformateur.
2.2 Schéma de montage
+
U1
230V
I2
I1
A
+
A
Rh
V
U1
U2
U2
230 V
V
-
-
Mesure de la résistance du secondaire du transformateur
Mesure de la résistance du primaire du transformateur
Pour gagner du temps les 2 mesures peuvent se faire à l’ohmmètre, mais la précision est moindre.
Ω
Ω
Mesure de la résistance du secondaire du transformateur
Mesure de la résistance du primaire du transformateur
3) Essai à vide
3.1 Travail demandé
U 2v
U 1v
Mesurer le rapport de transformation : m =
Relever U2v, I1v, P1v en fonction de la tension l’alimentation U1V.
Tracer les caractéristiques I1v = f (U1V) / U2v = f (U1V) / cosϕ0 =f (U1V).
Tracer les caractéristiques P1v =f (U1V) et Pfer = f (U1V) sur le même graphe
I1v : Intensité à vide du primaire (A)
U1V : tension d’alimentation du primaire (V)
Pfer : Pertes dans le fer
P1v : Puissance active du primaire à vide (W)
cosϕ1v : facteur de puissance du primaire
3.2 Schéma de montage
Ph
U1V ~
variable
0-250V ~
W
P1V
I1v
A
I1V
U1V V
V
U2V
Alternostat
N
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3.3 Tableau des relevés
U1V (V)
m =
U2v (V)
U2v
U1v
I1v (A)
ϕ0 =
P1v (W) S1v = U1V.I1v cosϕ
P1v
S1v
Pfer=P1v-R1.I1V²
0
50
100
150
200
220
250
...
Nota :
P1v = R1.I1v² + Pfer
P1v : Puissance du primaire à vide, en Watts (W)
R1 : Résistance des enroulements primaire, en Ohms (Ω)
I1v: Courant du primaire à vide, en Ampères (A)
Pfer : Pertes dans fer, en Watts (W)
Le terme R1.I1v² est négligeable, on suppose donc que Pfer ≈ P1v
4) Essai en charge
Le transformateur débite sur une charge résistive variable de façon à étudier U2 en fonction de
I2.
4.1 Calcul du rendement
Il existe 2 méthodes :
Méthode directe
Méthode des pertes séparées
η=
η=
P2
P1
Calcul du rendement η par la
méthode directe
P2
P2
=
P 2 + Pfer + Pcuivre P 2 + P1v + R1.I1² + R 2.I 2²
Calcul du rendement η par la
méthode des pertes séparées
4.2 Travail demandé
Noter à vide : U2v (Rhéostat de charge sur la position 0).
Relever I1, U1, U2 et P1 en fonction de la tension l’alimentation Ua.
Tracer la caractéristique U2 =f (I2) et ∆U = f (I2).
Tracer la caractéristique η =f (P2).
U1 :tension d’alimentation du primaire (V)
I1 :Intensité du primaire (A)
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P1 :Puissance active du primaire (W)
η : rendement
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4.3 Schéma de montage
I1
A
I1
W
P1
Ua
230V
~
Fixe
A
I2
I2
Rh
V U2
U1 V
4.4 Tableau des relevés
U1 (V)
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I2 (A)
U2 (V)
P1 (W)
I1 (A)
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P2 = U2.I2
η =
P2
P1
∆U=U2v–U2
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