Exercice 1

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.
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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.
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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)
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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.