TRAVAUX PRATIQUES D ÉLECTROTECHNIQUE

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1 IUT de Saint-Nazaire Département Mesures-Physiques TRAVAUX PRATIQUES D ÉLECTROTECHNIQUE TP.1 : Sécurité électrique TP.2 : Mesures sécurisée sur une installation monophasée TP.3 : Electromagnétisme TP.4 : Mesures de puissances en triphasé TP.5 : Transformateur monophasé Modèle électrique TP.6 : Transformateur monophasé Fonctionnement Nicolas BERNARD Emmanuel DAVID Jean Christophe OLIVIER Philippe FRETAUD Thomas HAIRIE

2 Electrotechnique 1 ère année TPs et Matériel utilisé TP 1 : Sécurité électrique 1 platine avec prises et disjoncteurs 3 multimètres numériques 1 rhéostat de charge (325Ω - 2A) 1 boîtier de résistances ( kΩ) Une doc. technique TP 2 : Mesures sécurisées sur une installation monophasée 1 platine avec prises, disjoncteurs et lampes 1 Sonde de courant différentielle 1 Sonde de tension différentielle 1 Oscilloscope numérique 2 multimètres numériques 2 lampes TP 3 : Electromagnétisme Fonctionnement en régime linéaire 2 bobines (MAE 551, MAE550) 1 circuit ferromagnétique 1 auto-transformateur (0 260V) 3 multimètres numériques 1 Sonde de courant différentielle 1 Sonde de tension différentielle TP 5 : Transformateur Modèle électrique 1 transformateur monophasé 230/24 V 100 VA 1 Sonde de courant différentielle 1 Oscilloscope numérique 3 multimètres numériques 1 alternostat (0-230V) 1 Wattmètre monophasé 1 Résistance de charge variable (5Ω - 10A) TP 4 : Mesure de puissances en triphasé 1 transformateur triphasé (230/20V) 1 Sonde de courant différentielle 1 Sonde de tension différentielle 1 Oscilloscope numérique 1 Wattmètre triphasé 2 multimètres numériques 1 charge résistive triphasée 1 charge inductive triphasée 2 charges capacitives triphasées TP 6 : Transformateur Fonctionnement 1 transformateur monophasé 230/48 V 500 VA 1 Sonde de courant différentielle 1 Sonde de tension différentielle 1 Oscilloscope numérique 1 Wattmètre 2 multimètres numériques

3 Sécurité électrique TP 1 : SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE L énergie électrique, comme toute source d énergie, est potentiellement dangereuse pour l être humain (brûlures, arrêt cardiaque...) et son environnement (incendie, explosion). Des protections capables d assurer automatiquement la mise hors tension des installations en cas de défaut sont donc obligatoires et imposées par des normes. Toute personne manipulant l électricité doit donc être capable de comprendre et de mettre en oeuvre ces protections. Objectif : Etude et mise en oeuvre de la sécurité des personnes et des matériels. Sécurité des personnes assurée par un disjoncteur différentiel Sécurité des matériels assurée par un disjoncteur magnétothermique Disjoncteur différentiel Disjoncteur magnéto-thermique 1. Introduction : 1.1 Rechercher dans la documentation technique jointe, la valeur maximale du courant supportable par le corps humain. 1.2 En déduire, dans le cas très critique d un corps humain (cas d une personne mouillée par exemple) présentant une résistance électrique de 1kΩ, la valeur à partir de laquelle les potentiels électriques sont dangereux. 1.3 Quel niveau de tension est retenu par la norme comme tension de sécurité (ne nécessitant pas d appareils pour la protection des personnes). 2. Installation et réseau de distribution monophasé Une installation monophasée comporte trois conducteurs (voir figure 1) : - un conducteur de phase - un conducteur de neutre - un conducteur de terre (avec sa prise de terre)

4 Sécurité électrique fig. 1 : Schéma électrique d'une installation sécurisée Le «conducteur de terre» est relié à un ensemble métallique enfoui dans le sol et assurant un bon contact avec celui-ci, de sorte que l ensemble est considéré comme un système unique, de même potentiel. Dans une installation basse tension (230V, 50Hz), le potentiel de la terre est pris comme référence et égal à 0V 2.1. Quelles sont les couleurs normalisées pour chacun des trois conducteurs électriques d une installation monophasée? 2.2. Mesurer, avec un multimètre numérique les grandeurs suivantes : Tension phase/neutre Tension phase/terre Tension neutre/terre fréquence Valeur théorique Valeur mesurée Ecart relatif 2.3 Sur un récepteur (résistance de charge par exemple), à quelle partie de ce récepteur la borne de terre est-elle raccordée? 3. Sécurité des personnes : le disjoncteur différentiel 3.1 Mesurer (approximativement) à l ohmmètre la résistance présentée par votre corps entre vos 2 mains (essayer avec les mains sèches et humides) On appelle contact direct, le contact homme/fil de phase 3.2 Faire le schéma électrique montrant la boucle de défaut et représentant la situation d un d une personne en contact direct avec le fil de phase. On représentera la personne par une résistance électrique de 1kΩ. Calculer le courant de défaut traversant le corps. Conclure.

5 Sécurité électrique Un Disjoncteur Différentiel à courant Résiduel (ou DDR) est un dispositif qui déclenche et coupe l alimentation du circuit dès que le courant «aller» dans le fil de phase diffère du courant «retour» dans le fil de neutre d une valeur notée In. Afin d illustrer le fonctionnement d un disjoncteur différentiel, on crée volontairement un défaut électrique en créant «une fuite de courant à la terre» (voir figure 2). Le disjoncteur utilisé porte l indication In = 10 ma. fig. 2 : Schéma électrique d'une installation avec simulation d un défaut avec fuite de courant à la terre La connexion du conducteur neutre à la terre étant déjà réalisée, ne pas effectuer cette liaison 3.3 Calculer les deux valeurs extrêmes du courant de défaut compte tenu de la variation possible pour R d Régler la valeur de la résistance R d2 afin qu à la mise sous tension du montage, le seuil de détection du disjoncteur ne soit pas dépassé. 3.5 Réaliser le câblage puis relever la valeur du courant In pour lequel le disjoncteur déclenche. 3.6 Pourquoi utilise-t-on sur la platine un disjoncteur différentiel In =10 ma (au lieu des 30mA de la norme)? 3.7 A quoi sert le poussoir noté T sur le disjoncteur? 4 : Sécurité des matériels : le disjoncteur magnétothermique Le circuit de charge est constitué par différents appareils alimentés par le réseau EDF 230V. En général, les appareils sont branchés en parallèle, auquel cas les intensités s ajoutent. Si le nombre de récepteurs dépasse la capacité de la ligne, il y a surintensité donc risque d incendie.

6 Sécurité électrique On utilise alors des circuits de protection comme des disjoncteurs magnétothermiques pour couper l alimentation en cas de surintensités. Le cas extrême, étant le cas du courtcircuit. Protection contre les surcharges Protection thermique ( lente ) Protection contre les court-circuits Protection magnétique ( rapide ) 4.1 A partir de la documentation sur le disjoncteur, expliquer son principe de fonctionnement. 4.2 Quel est l avantage de la solution disjoncteur par rapport au fusible? fig. 3 : Schéma électrique d'une installation sécurisée pour l étude du disjoncteur magnétothermique Afin de tester le comportement du disjoncteur magnétothermique, on crée volontairement une surcharge. 4.3 Calculer les différentes valeurs de R permettant d obtenir les intensités suivantes. I ch (A) 2 1,9 1,8 1,7 1,6 R(Ω) Temps de déclenchement (s) 4.4 Mesurer pour chacun des courants le temps de déclenchement du disjoncteur. 4.5 Interpréter les mesures réalisées. Utiliser la courbe de référence de la documentation. 4.6 Pour quelle raison teste-t-on un module In=1A au lieu d un module standard 10A (éclairage) ou 16A (prises)?

7 Sécurité électrique 5. Courant à la mise sous tension d un transformateur monophasé On utilisera le transformateur disponible sur la platine d'essai. L essai se fera à vide (Pas de charge au secondaire). 5.1 Relever les caractéristiques du transformateur et en déduire les intensités nominales au primaire et au secondaire. 5.2 Pour une alimentation directe sous 230V (se brancher entre le neutre et une phase de l alimentation triphasée), relever l allure du courant primaire à la mise sous tension du transformateur. Ajuster les réglages de l oscilloscope afin de visualiser les dix premières périodes au moins. 5.3 Faire cinq essais consécutifs et relever pour chacun la valeur crête du courant à la mise sous tension. 5.4 Conclure.

8 Mesures sécurisées sur une installation monophasée Objectif : TP 2 : MESURES SÉCURISÉES SUR UNE INSTALLATION MONOPHASÉE Savoir mesurer en toute sécurité les tensions et courants d une installation électrique alimentée par le réseau EDF dont le neutre est relié à la terre. IMPORTANT Secteur EDF = DANGER Utiliser uniquement des cordons de sécurité Mettre la platine hors tension avant tout débranchement et câblage 0. Travail préparatoire : 0.1 Rappeler ce qu est un câble coaxial ainsi que son principe de fonctionnement. 0.2 Rappeler l expression des différentes puissances existant en régime de fonctionnement sinusoïdal et en monophasé. 1. Réalisation d un câblage électrique et mesures fig.1 : Alimentation d une lampe par un circuit électrique sécurisé La connexion du conducteur neutre à la terre étant déjà réalisée, ne pas effectuer cette liaison 1.1 Réaliser le câblage de l installation ci-dessus en y ajoutant deux multimètres numériques permettant la mesure du courant en ligne i l et de la tension entre phase et neutre (câblage à faire valider par l enseignant avant la mise sous tension). 1.2 Quels rôles assurent les deux éléments repérés DDR et DPN C16?

9 Mesures sécurisées sur une installation monophasée 1.3 A partir des mesures en courant et tension, quel type de puissance peut-on calculer? On utilise désormais deux lampes identiques. 1.4 Mesurer l intensité en ligne lorsque les deux lampes sont branchées série. 1.5 Mesurer l intensité en ligne lorsque les deux lampes sont branchées en parallèle. 1.6 Conclure. 2. Précision des mesures au multimètre en électrotechnique On gardera, pour cette partie, le câblage précédant avec les deux lampes branchées en parallèle. 2.1 A l aide de la documentation technique des multimètres, calculer l incertitude de mesure sur la mesure de tension. 2.2 Calculer l incertitude de mesure sur la mesure de courant. 2.3 Conclure. 3. Utilisation d un oscilloscope sur une installation électrique basse tension (230V par exemple) Pour des raisons de sécurité, on ne raccorde jamais un oscilloscope directement aux bornes d un circuit alimenté par le réseau EDF 3.1 Mesurer au multimètre la résistance électrique entre la masse des voies d entrée et la borne de terre. fig. 2 : Exemple d utilisation dangereuse d un oscilloscope

10 Mesures sécurisées sur une installation monophasée 3.2 Analyser le comportement du circuit électrique ci-dessus. Que se passe-t-il à la mise sous tension? (Ne pas réaliser le câblage) 4. Visualisation et mesure des signaux électriques à l oscilloscope On utilisera dans cette partie une lampe de 75W comme charge. 3.1 Repérer les sondes de mesure ainsi que leurs calibres. 3.2 «Ajuster le zéro» de la sonde de courant, à l aide de l oscilloscope. 3.3 A l aide des sondes de courant et de tension, visualiser l allure de la tension aux bornes de la lampe et du courant de ligne. En déduire, les valeurs suivantes : tension efficace courant efficace fréquence des signaux déphasage entre courant et tension Conclure, en comparant l écart observé entre valeurs efficaces mesurées directement au multimètre et les valeurs efficaces mesurées à partir des sondes de mesures et de l oscilloscope. 3.4 Déduire des mesures précédentes les valeurs suivantes : puissance active puissance réactive puissance apparente 3.5 En déduire le facteur de puissance de l installation. 3.6 Quel modèle électrique peut-on utiliser pour représenter la lampe? 3.7 Mesurer, à l aide d un multimètre, la résistance électrique de la lampe (mesure lampe non branchée et seule) puis la comparer avec la valeur de résistance obtenue à partir des mesures. Conclure.

11 Electromagnétisme TP 3 : ÉLECTROMAGNÉTISME Circuit magnétique et modèle électrique associé en régime linéaire Les machines électriques dédiées à la production d électricité ou aux entraînements électromécaniques par exemples, utilisent les principes du magnétisme. Un aimant ou une bobine alimentée par un courant génèrent un champ magnétique matérialisé par des lignes de champ circulant de préférence dans les matériaux de forte perméabilité magnétiques (matériaux ferromagnétiques comme le fer). La bonne compréhension de ces phénomènes physiques est indispensable à la compréhension des dispositifs électrotechniques. Objectifs : Mesurer les paramètres du modèle électrique d une inductance Etudier la relation entre grandeurs électriques et grandeurs magnétiques Comprendre et mettre en oeuvre un dispositif utilisant les effets du magnétisme (inductance, transformateur) On dispose d un bobinage et d un circuit magnétique. Le modèle électrique complet d une bobine est donné (figure de droite ci-dessous) Bobinage avec circuit ferromagnétique Modèle électrique équivalent d une bobine à noyau de fer 0. Travail préparatoire : 0.1 Donner la signification, en expliquant le phénomène physique qu ils représentent, des éléments du modèle électrique équivalent à la bobine (cf. cours pages 30 et 31). v << u u( t ) En général (hypothèse de KAPP): Donc : dϕ( t ) n. dt

12 Electromagnétisme 0.2 Pour une tension sinusoïdale d expression u(t) = V 2. cos(ω.t), donner l expression du flux magnétique en fonction du temps. En déduire l expression de sa valeur efficace Dans le cas d une inductance sans circuit ferromagnétique, quelle représentation simplifiée peut on donner du modèle électrique de la bobine? 0.4. Dans le cas d une inductance avec circuit ferromagnétique, quelle représentation simplifiée peut on donner du modèle électrique de la bobine? 2. Etude d une inductance avec circuit ferromagnétique (entrefer = 2mm) Bobine utilisée : MAE 551. Hypothèses : on négligera dans cette partie l influence de r et de l Dans le cadre de l hypothèse ci-dessus, donner la représentation simplifiée du modèle électrique de la bobine. 2.2 Donner les expressions théoriques R µ et L µ en fonction de U, I et ϕ (déphasage entre u et I, cf. cours page 38) A. Identification du modèle électrique Pour différentes tensions d alimentation (comprises entre 20 et 230V, relever les grandeurs suivantes : U, I,ϕ puis remplir le tableau ci-dessous. U eff (V) I eff (A) ϕ (rad) R µ (Ω) L µ (H) P fer (W) Tracer et commenter les caractéristiques suivantes : L µ = f (U eff ) R µ = f (U eff ) B. Caractéristique magnétique En régime de fonctionnement sinusoïdal, les grandeurs électriques (u et i) et magnétiques (B et H) sont sinusoïdales. On montre que : H entrefer n longueur totale d'entrefer. I

13 Electromagnétisme B entrefer 1 2. π.n.s fer.f. U 2.5 Rappeler la relation entre B et H dans un matériau magnétique linéaire. Comment appellet-on cette caractéristique? 2.6 A partir des relevés effectués question 2.3, représenter la caractéristique B(H) obtenue à partir des mesures (on donne : longueur de fer = 52 cm, S fer = m²). 2.7 Que peut-on dire de l hypothèse de linéarité considérée dans le cadre de ce TP? 2.8 Calculer l énergie magnétique maximale (pour Imax sous 230V) stockée dans cette inductance. 2.9 Que peut on dire de cette énergie lorsque le matériaux ferromagnétique est parfait? 3. Tension induite et fonctionnement transformateur sans charge On utilisera ici le circuit magnétique utilisé précédemment et un deuxième bobinage (MAE 550 avec n = 500 spires). 3.1 Pour réaliser un bon transformateur, doit-t-on garder un entrefer comme pour le cas de l inductance? Pourquoi? 3.2 Mesurer pour trois valeurs de tension au primaire (comprises entre 50 et 230V) la tension induite dans le bobinage secondaire. Conclure.

14 Mesures de puissances en triphasé TP 4 : MESURES DE PUISSANCES EN TRIPHASÉ (Source et charge équilibrées) L électricité est produite et transportée sous haute tension et en triphasé. Selon la nature des charges utilisées, la nature de la puissance change. L effet conjugué de la tension u et du courant i produisent : De l effet Joule dans une résistance Puissance active consommée [W] Un champ magnétique dans une inductance Puissance réactive consommée [VAR] Un champ électrique dans une capacité Puissance réactive fournie [VAR] Le transfert de ces puissances a un impact direct sur le dimensionnement (donc le coût) des installations. Echauffement et isolation des installations Puissance apparente [VA] Pour quantifier cette efficacité dans la conversion de l énergie, on utilise la notion de facteur de puissance. Système de tensions triphasées et équilibrées Diagramme de FRESNEL associé 1. Le transformateur triphasé Les trois enroulements du secondaire du transformateur ne sont pas connectés entre eux pour fournir un système triphasé. 1.1 Après avoir repéré l emplacement des trois enroulements du secondaire à l aide d un multimètre, réaliser le câblage nécessaire pour obtenir un couplage étoile. Brancher puis mettre sous tension le transformateur seul sur le réseau 230/400V. 1.2 Mesurer la valeur efficace de trois tensions simples (V) et des trois tensions composées (U) délivrées au secondaire du transformateur. S agit-il d un système de tension équilibré?

15 Mesures de puissances en triphasé primaire secondaire primaire secondaire i 1 i 2 i 1 i 2 N 1 N 2 U 1 U 2 U 1 U 2 V 1 V 2 V 1 V 2 N 1 N 2 Représentations équivalentes du transformateur triphasé utilisé Par la suite, on utilisera les valeurs mesurées de V et de U pour les calculs théoriques des puissances. 2. Mesure de Puissance en triphasé 2.1. Rappeler quelles sont les trois puissances introduites pour caractériser un système triphasé fonctionnant en régime sinusoïdal. Donner leurs expressions ainsi que la relation qui les relie. On dispose d un wattmètre triphasé. Cet appareil est en fait constitué de trois wattmètres monophasés qu il faut brancher correctement pour obtenir une mesure fiable de la puissance totale de l installation. Deux méthodes de raccordement sont proposées (d autres sont également possibles mais moins pratiques pour ce TP). Méthode des deux wattmètres Mesure de la puissance par un montage à 2 wattmètres (neutre non connecté) 2.2 Rappeler quelles sont les conditions nécessaires à l utilisation de cette méthode. 2.3 Si P 1 et P 2 sont les valeurs données respectivement par le wattmètre 1 et le wattmètre 2, exprimer P et Q.

16 Mesures de puissances en triphasé Méthode à trois wattmètres Mesure de la puissance par un montage à 3 wattmètres Dans le cadre de ce TP, vous utiliserez la méthode à trois wattmètres. 3. Mesure de Puissance sur charge résistive 3.1 Régler les résistances du rhéostat triphasé à 30Ω. 3.2 Calculer, pour un couplage triangle, la valeur théorique des trois puissances : active, réactive et apparente. 3.3 Calculer la valeur théorique du courant absorbé dans chaque fil de ligne. 3.4 Brancher les trois résistances de manière à constituer une charge triphasée de type triangle (brancher également entre la charge et le secondaire du transformateur le wattmètre triphasé). 3.5 Mesurer la puissance active et la puissance réactive. Expliquer l origine des éventuels écarts entre la théorie et la mesure puis conclure. Théorie Expérimentation Ecart relatif (%) P (W) Q (VAR) S (VA) F p

17 Mesures de puissances en triphasé 4. Mesure de Puissance sur charge inductive (Charge R-L) 4.1 Régler la valeur des trois inductances à 0.2 H. 4.2 Calculer, lorsqu on ajoute les inductances couplées en triangle au montage précédant (cf. schéma ci-après), la valeur théorique totale des trois puissances : active, réactive et apparente. 4.3 Calculer la valeur théorique du courant absorbé dans chaque inductance. 4.4 Brancher les trois inductances de manière à constituer une charge triphasée de type triangle. Connecter ensuite cette seconde charge triphasée en parallèle avec la charge résistive triphasée. 4.5 Mesurer la puissance active et la puissance réactive. Théorie Expérimentation Ecart relatif (%) P (W) Q (VAR) S (VA) F p 5. Relèvement du facteur de puissance (charge R-L-C) On dispose de deux boîtiers de capacités 20 µf et 10µF que l on associera en parallèle pour former l équivalent d un seul boîtier de valeur C = 30µF. 5.1 Calculer, lorsqu on ajoute les deux boîtiers de capacités, avec un couplage en triangle, au montage précédent, la valeur théorique totale des trois puissances : active, réactive et apparente. 5.2 Calculer la valeur théorique du courant absorbé dans chaque capacité. 5.3 Brancher les trois capacités de manière à constituer une charge triphasée de type triangle. Connecter ensuite cette seconde charge triphasée en parallèle avec la charge résistive triphasée. 5.4 Mesurer la puissance active et la puissance réactive. Théorie Expérimentation Ecart relatif (%) P (W) Q (VAR) S (VA) F p

18 Mesures de puissances en triphasé Schéma électrique de la charge triphasée complète

19 Transformateur monophasé Modèle TP 5 : TRANSFORMATEUR MONOPHASÉ Modèle électrique L objet de ce TP est l étude du transformateur de tension monophasé. Les éléments du modèle électrique équivalent seront déterminés à l aide des essais à vide et en court-circuit. Le modèle électrique de STEINMETZ (figure ci-dessous) correspond à une approche physique du transformateur où les effets du primaire et du secondaire sont clairement séparés. i R l R l 2 2 i 2 u1 R µ L µ u 2 Modèle électrique équivalent du transformateur monophasé Appelé aussi modèle de STEINMETZ (Modèle des constructeurs) m Mais le modèle de STEINMETZ est très difficile à identifier. On se propose donc d identifier le modèle suivant, plus simple à identifier, donc plus couramment utilisé : i1 Rs l s i 2 u R µ L µ 1 u 2 Modèle électrique équivalent du transformateur monophasé avec résistances et inductances de fuites globalisées et ramenées au secondaire m On peut lire sur la plaque signalétique du transformateur étudié les caractéristiques suivantes : /24V VA - 50 HZ 0. Rappels des principales notions théoriques 0.1 Proposer un schéma de montage pour l essai à vide. 0.2 Proposer un schéma de montage pour l essai en court-circuit.

20 Transformateur monophasé Modèle 0.3 A partie des données indiquées sur la plaque signalétique, déterminer les courants nominaux au primaire puis au secondaire. 1. Mesures des résistances des bobinages primaire et secondaire 1.1 Par une mesure au multimètre numérique, d abord, mesurer les deux valeurs R 1 et R 2 des bobinages primaire et secondaire. 1.2 Quelle autre méthode (plus rigoureuse) pourrait-t-on utiliser pour mesurer les résistances R 1 et R 2? 1.3 Qu elle est l influence de la température sur la valeur des résistances? 2. Essai à vide 2.1 Mesurer le rapport de transformation. En déduire la valeur de R s. 2.2 Mesurer le courant absorbé à vide par le transformateur. Comment appelle-t-on ce courant? Quel pourcentage du courant nominal vaut-il? 2.3 Mesurer la puissance absorbée à vide. La comparer avec la puissance dissipée dans la résistance R 1 du bobinage primaire. Conclure? 2.4 Déduire de cet essai les éléments R µ et L µ. 3. Essai en court circuit 3.1 Mesurer la puissance en court-circuit. Calculer la valeur des pertes fer (pertes dans R µ ) pour cet essai. Conclure? Calculer R S et l S. Attention : Cet essai se fait sous tension primaire réduite (ici, U 1cc 15 V). Le courant secondaire ne doit pas dépasser le courant nominal. Utiliser pour cela un autotransformateur abaisseur. 3.2 Comparer R S obtenue par l essai en court-circuit et R S obtenue à partir des mesures obtenues lors de l essai voltampèremétrique. 4. Effet de la saturation 4.1 Relever l allure du courant absorbé lorsque le transformateur fonctionne à vide, pour U 1n /2, pour U 1n et pour 1,2.U 1n. 4.2 Commenter les formes d ondes observées.

21 Transformateur monophasé Fonctionnement TP 6 : TRANSFORMATEUR MONOPHASÉ Fonctionnement L objet de ce TP est l étude du transformateur de tension monophasé en fonctionnement, à vide, en charge et à la mise sous tension. On donne le modèle électrique équivalent au transformateur utilisé. Deux essais, à vide et en court-circuit (cf. TP 5), ont permis d identifier les paramètres de ce modèle : R µ = 10,6 kω L µ = 4,83 H R s = 0.55 Ω l s = 1,1 mh Modèle électrique équivalent du transformateur monophasé Le transformateur étudié a les caractéristiques suivantes : 230 /24V VA - 50 HZ 0. Travail préparatoire 0.1 Rappeler l expression du rapport de transformation. 0.2 Donner la représentation de FRESNEL pour un fonctionnement sur charge inductive (appelé aussi diagramme de Kapp pour le transformateur) associant l ensemble des grandeurs électriques du secondaire. (cf. Cours page 39) 0.3 Donner l expression théorique de la valeur de la chute de tension au secondaire entre le fonctionnement à vide et en charge. 0.4 A partir du modèle électrique équivalent du transformateur, donner l expression des pertes en fonction des paramètres du transformateur et des grandeurs électriques mesurables. 1. Déterminations des grandeurs électriques nominales 1.1 Quelle signification peut-on donner aux grandeurs nominales? 1.2 Relever les informations données par la plaque signalétique du transformateur. 1.3 En déduire la valeur des courants nominaux au primaire et au secondaire.

22 Transformateur monophasé Fonctionnement 2. Fonctionnement à vide Alimentation sous 230V/ 50 Hz 2.1 Pour une alimentation sous 230V, mesurer la tension efficace au secondaire. Comparer cette valeur avec l indication fournie sur la plaque signalétique. 2.2 En déduire la valeur expérimentale du rapport de transformation. 2.3 A l aide d une pince ampèremétrique et d une sonde de tension différentielle, relever l allure du courant et de la tension au primaire. Donner leurs valeurs efficaces. 2.4 Quelle remarque peut on faire sur la forme du courant absorbé? 2.5 A partir des mesures effectuées au primaire (courant et tension), calculer la valeur des puissances active et réactive consommées à vide. 2.6 Représenter sur un diagramme de FRESNEL les vecteurs suivants : u 1, i 1. En déduire l amplitude du courant i Lµ et i Rµ. 2.7 Que peut-on dire du rendement à vide? 2. Fonctionnement avec charge résistive Le transformateur alimente désormais une charge résistive variable (rhéostat). Fonctionnement sur charge résistive 2.1 Connaissant la valeur du courant nominal, calculer la valeur minimale (R min ) de la résistance de charge. Régler la résistance du rhéostat à cette valeur. 2.2 Pour différentes valeurs de résistance de charge (comprise entre et R min ), mesurer la tension efficace U 2 ainsi que la valeur efficace I 2 du courant secondaire. 2.3 Tracer l évolution de la chute de tension en fonction du courant secondaire. Tracer sur le même graphe la courbe théorique (cf. expression donnée en page 40 du cours).

23 Transformateur monophasé Fonctionnement 3. Courant à la mise sous tension Il existe, à la mise sous tension, un régime transitoire au cours duquel le courant (donc le flux dans le circuit magnétique) s établit avec une surintensité qui dépend de l amplitude de la tension au moment de la mise sous tension. Il s agit ici, d observer ce phénomène et d apprendre à utiliser correctement l oscilloscope pour faire l acquisition d un régime transitoire (utilisation du mode de déclenchement monocoup). L essai se fera à vide (Pas de charge au secondaire). 3.1 Pour une alimentation directe sous 230V (se brancher entre le neutre et une phase de l alimentation triphasée), relever l allure du courant primaire à la mise sous tension du transformateur. Ajuster les réglages de l oscilloscope afin de visualiser les dix premières périodes au moins. 3.2 En déduire la valeur du rapport entre le courant maximum primaire et le courant nominal primaire. Conclure.

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