GENERALITES SUR LES TRANSFORMATEURS:

1-GENERALITES SUR LES TRANSFORMATEURS:

1-1Définition

Appareil statique transformant une énergie électrique portée par un courant alternatif de tension donnée en une énergie électrique portée par un courant alternatif de tension différente. Un transformateur peut être éleveur ou abaisseur de tension. Dans les conditions normales d'utilisation, le rendement de transformation est très élevé : il est voisin de 99 % sur les plus gros transformateurs.

Figure1 : schéma simplifié d’un transformateur de puissance

1-2  La constitution d'un transformateur

Il est formé de plusieurs bobines de fils, enroulés autours d'un noyau métallique. Ces bobines NE SE TOUCHENT PAS, le courant ne peut pas passer de l'une à l'autre directement. Sur le dessin ci-dessus, il n’y a  que quelques spires, mais il peut y en avoir des centaines sur un vrai transformateur.

Dans un transformateur; il  y a moins de tours à droite (on parle de l'enroulement secondaire) qu'à gauche (enroulement primaire). C'est cette différence qui fait que, si l'on applique une tension sur le primaire, il ressortira, sur le secondaire, une tension inférieure. Inversement, si l'on applique sur l'enroulement secondaire une tension, il ressortira, sur l'enroulement primaire, une tension plus élevée. Il faut cependant savoir que plus la tension est grande, plus l'intensité est faible, et vice-versa...

-3Utilisation

L’énergie électrique est produite généralement en moyenne tension dans des centrales souvent éloignées de l’utilisation ; il est nécessaire pour transformer cette énergie à moindre frais, de la transformer en haute tension à l’aide de transformateurs.

Les réseaux de transports, de tensions ou de phases différentes, sont interconnectés à l’aide de transformateurs.

La moyenne tension est finalement  transformée en basse tension à l’aide de transformateurs dit de distribution.

Nous trouvons encore chez l’utilisateur de l’énergie électrique, différents transformateurs tels que le transformateur de fours, de redresseurs de soudures, etc.…

1-4Principe de fonctionnement

Pour information

Loi de Faraday : une variation de flux à travers une spire créer une f.é.m. e. Inversement une f.é.m. e dans une spire crée une variation de flux à travers celle-ci.

          

C’est ce phénomène qui est exploité dans le transformateur

1-5.Symboles

        

                    Où 

Le transformateur est un convertisseur statique (pas de pièce en mouvement). Il transforme une tension sinusoïdale en une autre tension sinusoïdale de valeur efficace différente.        symbole :     

Figure 2: symboles d’un transformateur de puissance

1.6 Rappel des formules de bases

1.6.1 Transformateur monophasé a vide

Un transformateur comporte essentiellement un circuit magnétique constitué par un empilage de tôles magnétiques.

Le rôle du circuit magnétique est de canaliser le flux à travers le secondaire et de diminuer la réluctance, ce qui augmente considérablement le reflux.

1-6-2Transformateur en charge

1.6.2.1 Transformateur parfait

Parfait : il n’y a aucune perte ; le rendement est de 100%

On définit le rapport de transformation m par : 

Si m > 1, le transformateur et élévateur de tension ;

Si m < 1, le transformateur est abaisseur de tension.

De plus             

Comme le transformateur est parfait : P1 = P2 ; Q1 = Q2 ; S1 = S2 ; et 1 = 2.

Remarque :      en observant les valeurs instantanées u1 (t) et u2 (t), on constate quelles sont en opposition de phase. C’est-à-dire que lorsque u1 et maximum, u2 est minimum. m = -u2/u1

1.6.2.2  Transformateur réel

Le rapport de transformation se mesure à vide (pas de charge, I2=0)        

1.6.2.2.1 Transformateur en charge

On constate une chute de tension : U2 < m.U1.

Plus I2 augmente (la charge augmente) plus U2 diminue

Cette dernière observation vient du fait d’une chute de tension provoquée par la résistance du bobinage U = r2.I2 (si I2 augmente U augmente aussi).

1.6.2.2.2  Fuites magnétiques

Le flux total à travers chaque bobine peut être décomposé en un flux qui traverse le circuit magnétique, et en flux f1 et f2 qui referment dans l’air.

1.7 Transformation d’énergie

1.8. Classement des transformateurs :

On peut classer les transformateurs suivant leur emploi, suivant leur refroidissement et suivant leur emplacement.

1.8.1Classement des transformateurs d’après leur emploi

•       Transformateurs de centrales, de poste d’interconnections et de postes de distributions moyenne tension. Puissance jusqu'à 1200 MVA environ, tension à 730KV.

Figure3 : transformateur de puissance centrale

•       Transformateurs à usage industriel de puissance supérieure à 630 KVA.

      Puissances normalisées 0.8-1-1.25-1.6-2-2.5-3.15-4-5-6.3-10 MVA.

•       Transformateurs de distributions.

Figure4 : transformateur de puissance de distribution.

       Puissance normalisées :25-50-100-160-250-400- et 630 KVA.

       Tension primaire : 20KV.

       Tension secondaire : 400 ou 231 volts (B2 et B1) (410 -237).

•       Transformateur de four :

 Triphasé : ils sont caractérisés par des courants secondaires importants et un réglage  des   tensions souvent en charge.

                                                      

Figure 5 : transformateur de four

•       Transformateurs de redresseurs :

Monophasé, triphasé, triphasé hexaphasé, triphasé double étoiles.

          Figure 6 : transformateur de redresseurs

•       Transformateurs spéciaux :

 Il en existe une grande variété. Les autotransformateurs ne comportent qu'un seul bobinage par phase, bobinage doté d'une connexion intermédiaire. Le primaire est relié aux extrémités de ce bobinage, le secondaire à l'une des extrémités et à la connexion intermédiaire. Ils ont connu un certain succès dans les débuts de la distribution de l'électricité sous forme de courant alternatif, en raison de leur coût plus faible que celui des transformateurs classiques, mais ont été très vite abandonnés, lorsque les réseaux se sont développés, car ils présentaient le défaut rédhibitoire de ne pas isoler leur primaire de leur secondaire. Dans les débuts de la distribution électrique, de petits réseaux diphasés ont coexisté avec le réseau général triphasé. On a conçu alors des transformateurs triphasés diphasés qui permettaient d'alimenter les petits réseaux diphasés à partir du réseau principal. On construit encore, à la fin du XXe siècle, des transformateurs triphasés monophasés, par exemple pour alimenter des puissants postes de soudure à l'arc. Certains transformateurs de puissance possèdent plusieurs bornes de connexion sur leur circuit basse tension. Cela permet d'adapter leur rapport de transformation, par exemple lorsque la tension à l'extrémité d'une ligne d'interconnexion se modifie sensiblement, en fonction du sens de la puissance transportée. Il existe également des fours transformateurs, dont le secondaire est constitué par une seule spire en métal réfractaire ayant la forme d'une auge. Il y circule un courant d'intensité considérable qui permet d'y faire fondre un métal plus fusible qui, dès qu'il commence à fondre, participe à la circulation du courant secondaire. Dans certains montages électroniques, il est nécessaire d'adapter l'impédance d'un circuit aval aux caractéristiques d'un circuit amont qui l'alimente : ce peut être, par exemple, le cas des haut-parleurs d'une chaîne à haute-fidélité que l'on adapte aux caractéristiques du dernier étage d'amplification qui les alimente, par interposition d'un transformateur de rapport adéquat