TP N° 01 Essai d`un Transformateur Statique monophasé

TP Electrotechnique
Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra
Essai d’un Transformateur Statique monophasé
TP 01
TP N° 01
Essai d’un Transformateur Statique monophasé
1- Généralités :
Les transformateurs ont de modifier les amplitudes des grandeurs électrique alternatives, ils
transforment des signaux tensions et courants de fréquence f en signaux de même fréquence (en
électrotechnique) mais de valeurs efficaces différentes. L’intérêt de tels dispositifs se trouve dans
la description du réseau de transport et de distribution de l’énergie électrique.
Généralement l’énergie électrique utilisée est en basse tension (B.T), puisqu’elle est plus facile à
exploiter et présente moins de danger.
Conception d’un transformateur triphasé destiné au transport d’énergie
 Mode de fonctionnement :
Un transformateur est constitué d’un circuit ferromagnétique fermé portant plusieurs
enroulements sans liaison conductrice. Un des enroulements, nommé « primaire » est
alimenté par une source de tension alternative sinusoïdale, un flux magnétique, forcé par
cette alimentation, s’établit donc la carcasse magnétique. Les autres bobines voient
apparaitre entre leurs bornes des F.E.M (inducteur loi de Lenz). Le primaire module donc
les valeurs de l’intensité et de la puissance appelé sur la source en fonction des courants et
des puissances fournis par les autres enroulements. Dits « secondaires ».
Composition d’un transformateur monophasé
1
Université Kasdi Merbah Ouargla 2012/2013
2ème année licence « instrumentation Pétrolier »
TP Electrotechnique
Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra
Essai d’un Transformateur Statique monophasé
TP 01
 Types de transformateurs :
Il existe deux grands types de transformateurs :
 élévateur de tension (abaisseur de courant) : mv > 1 « N2 > N1 »
 abaisseur de tension (élévateur de courant) : mv < 1 « N2 < N1 »
 Symbole électrique et branchement :
Symbole
L'enroulement primaire est branché à une source de tension sinusoïdale alternative.
L'enroulement secondaire alimente une charge électrique :
 Schémas équivalents d'un transformateur :
Un transformateur monophasé peut être représenté par le schéma équivalent ci-dessous :
r1 X 1  l1
r2 X 2  l 2
n
I
m
1
i 10
U1
Rf
X m  Lm 
E1
2
I2
n1
E2
U2
Schéma équivalent du transformateur monophasé
n1
Nombre de spires primaires
Nombre de spires secondaires
n2
Rapport de transformation m=n1/n2
m
Force contre-électromotrice primaire
E1
E2
Force électromotrice secondaire
Courant primaire
I1
I2
Courant secondaire
Courant primaire à vide
I10
r1
Résistance de l'enroulement primaire
Résistance de l'enroulement secondaire
r2
X1=l1ω Réactance de fuites de l'enroulement primaire
X2=l2ω Réactance de fuites de l'enroulement secondaire
Xm=Lmω Réactance de magnétisation
Résistance équivalente aux pertes fer
Rf
2
Université Kasdi Merbah Ouargla 2012/2013
2ème année licence « instrumentation Pétrolier »
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Essai d’un Transformateur Statique monophasé
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2- But de travail :
Cette séance est consacrée à l'étude du fonctionnement d'un transformateur monophasé. Nous
analyserons successivement les caractéristiques d'un tel équipement électrique. Ce T.P. passe en
revue les différents essais que font les industriels pour déterminer les performances d'un
transformateur avant de le mettre sur le marché. A l'issue de cette séance, vous devez être
capable de déterminer les caractéristiques à inscrire sur la fiche signalétique (aussi appelé plaque
à bornes) d'un transformateur.
De même vous devez être capable de déchiffrer les caractéristiques inscrites sur un
transformateur que vous venez d'acquérir. Au cours de ces mesures, vous devez avoir l'occasion
de vérifier les lois fondamentales de l'électromagnétisme vues dans vos études : loi de Lentz, cycle
d'hystérèsis, pertes magnétiques, pertes joules, puissances actives, puissances réactives...
Afin de déterminer les caractéristiques d’un transformateur monophasé et calculer certains
paramètres caractérisant son fonctionnement, on effectue sur cet appareil les essais suivants :
 Essai à vide
 Essai en charge
 Essai en court-circuit
Il est bon, au terme du TP, de retenir au minimum :
 les notions de tensions nominales, courants nominaux, pertes joules, pertes fer, puissances
actives, puissances réactives...
 savoir utiliser un wattmètre en courant alternatif monophasé, un ampèremètre et un
voltmètre aussi bien sûr
 savoir lire une fiche signalétique (plaque à bornes).
3- Matériel nécessaire :
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Alimentation variable continu / Alternative (0-25V / 0-6A).
ampèremètre.
Voltmètre.
2 Wattmètres.
2 multimètres.
Charge résistive variable 0-1200Ω / 1,6 A.
Transformateur abaisseur/élévateur
4-Tests Pratique:
Les 3 types d'essais qui vont suivre vont être effectués sur un transformateur qui n'est pas un
transformateur industriel : il a plus de pertes pour qu'on puisse plus facilement les mesurer. Ces
essais seront menés selon les montages proposés.
AT : auto transformateur 28V/U1. Cet appareil est dangereux : ne pas manipuler son circuit
quand il est sous tension.
A1 et A2 : ampèremètres pour mesurer les courants I1 primaire et I2 secondaire.
U1 et U2 : voltmètres pour mesurer les tensions U1 primaire et u2 secondaire.
W1 et W2 : wattmètres pour mesurer les puissances actives P1 consommée au primaire et P2
délivrée au secondaire. On obtient la puissance réactive Q (exprimée en VAR)
par :
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𝑄 = √𝑆 2 − 𝑃2 où la puissance apparente est donnée par S=V I (ou encore par P=S cosφ et Q=S
sinφ).
Attention: un wattmètre coûte cher, on le branche comme indiqué au dos de l'appareil (mesure
en monophasé) et le calibre intensité du wattmètre (circuit gros fil) ne doit pas être inférieur à
celui de l'ampèremètre. Comme toujours en électricité on câble d'abord les appareils du circuit
intensité (en série), puis les appareils en dérivation (voltmètre et fils fins du wattmètre). Penser à
vérifier fréquemment les zéros des wattmètres (entre chaque série de mesures).
4-a)-Essai à vide « Mesure des pertes fer »:
L'essai à vide permet de mesurer les pertes fer, c'est-à-dire la puissance consommée, mesurée au
primaire, P10 qui se résume aux pertes fer (les pertes Joule sont négligeables).
A vide I2=0 et I1=I10 . On ne câble donc ni W2 ni A2, seulement U2.
 Schéma de montage :
Pour effectuer cet essai, on utilise le montage représenté par la figure suivante.
Le secondaire est ouvert. Au primaire, on applique la tension nominale U10=U1n
On mesure:
1. La tension à vide au primaire U10.
2. La tension à vide au secondaire U20.
3. Le courant primaire à vide I10.
4. La puissance active primaire P10.
A1
Autotransfo AT
28 V
I1
W1
I2
1
Circuit
Primaire
U1
1
Circuit
Secondaire
U2
Schéma de montage pour l’essai à vide
A partir de cet essai, on peut calculer les grandeurs suivantes:
1. Les pertes fer Pfer soit Pfer=P10-R1I210. Comme généralement les pertes joules sont négligeables,
on peut admettre que Pfer=P10
2. Le rapport de transformation à vide soit m = U20/U10
3. La résistance équivalente aux pertes fer Rf = U210/P10
4. Le courant active primaire I1a=P10/U10
5. Le courant réactive primaire I1r=
I 102  I 1a2
6. La réactance de magnétisation vue du primaire Xm=U10/I1r
P
7. Le facteur de puissance primaire à vide cos(10 )  10
U 10 I 10
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
1.
2.
3.
Essai d’un Transformateur Statique monophasé
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Questions :
Effectuer le montage représenté par la figure.
fixer la tension primaire U10=U1n
mesurer le courant primaire I10, la puissance active à vide P10 ainsi que la tension au secondaire
U20.
4. remplir le tableau suivant
I10 (A) P10 (W) U10 (V) U20 (V)
5. Ramener la tension à zéro.
6. calculer :
 Le rapport de transformation à vide
 La résistance équivalente aux pertes fer Rf
 Le courant active primaire
Le courant réactive primaire

 La réactance de magnétisation
 Le facteur de puissance primaire à vide
4-b)-Essai en charge « charge Résistive Zch=R=20Ω, cos( 2)=1 :
Les essais en charge ne sont possibles que pour des transformateurs de faible puissance
apparente. On applique au primaire la tension nominale U1=U1n=28V. Une charge réglable. On
mesure pour chaque valeur de Z:
1. La tension primaire en charge U1
2. Le courant primaire en charge I1
3. La puissance active primaire P1
4. Le courant secondaire I2
5. La puissance active secondaire P2
6. la tension secondaire U2
A partir de cet essai, On peut calculer le rendement =P2/P1 et tracer les caractéristiques U2(I2),
(I2)
 Schéma de montage :
A1
W1
A2
Autotransfo AT
Circuit
Primaire
W2
1
U1
1
Circuit
Secondaire
U2
Charge
28 V
1
Schéma de montage pour l’essai en charge

1.
2.
3.
4.
5.
Questions :
Effectuer le montage représenté par le schéma.
La charge est constituée d'une résistance variable.
Fixer la charge Rh = 20Ω.
faites varier la tension U1 selon le tableau, relevez I1, P1, I2, P2 et U2.
Remplir le tableau suivant :
5
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U1 (V)
28
24
16
8
0
I1 (A)
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P1 (W)
U2 (V)
I2 (A)
P2 (W)
4-b)-Essai court-circuit «Mesure des pertes Joule»:
En court circuit U2 = 0 : on ne câble ni U2 ni W2 seulement A2. En fonction de U1 ( 0<U1<28
volts), relever I1cc, I2cc, et P1cc (5 points).
En court-circuit la seule tâche du courant secondaire est de créer un champ magnétique dans le
fer qui s'oppose à tout instant au champ imposé par le courant primaire.
L'induction magnétique dans le fer est donc faible, les pertes fer négligeables et l'approximation
de Kapp justifiée.
 Schéma de montage :
A1
W1
Autotransfo AT
28 V
1
Circuit
Primaire
Circuit
Secondaire
U1
1
A2
Schéma de montage pour l’essai en court-circuit
1. Effectuer le montage représenté par la figure.
2. Augmenter progressivement la tension primaire jusqu‘à l’obtention d’un courant au
secondaire I2cc= 0.6 A.
I1cc
I2cc
P1CC
m=I1CC/I2CC
0, 2
0,4
3. Pour cette valeur du courant I2cc relevez la tension primaire U1cc et la puissance P1cc.
4. Calculer :
 La résistance totale ramenée au secondaire rs
 La réactance totale ramenée au secondaire Xs
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