Transformateurs triphasés

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1 CHAPITRE 3 Transformateurs triphasés Gérard-André CAPOLINO Transformateur 3 Ph 1

2 Transformateurs triphasés Les transformateurs triphasés peuvent être construit par: le couplage de trois transformateurs monophasés utilisation d un circuit magnétique à trois ou cinq colonnes Les couplages usuels des transformateurs triphasés sont: étoile / étoile utilisation variée dans les cas déséquilibrés étoile / triangle abaisseur pour la distribution triangle / triangle utilisé en moyenne tension triangle / étoile élévateur dans une centrale de production Dans la plupart des cas le neutre est à la terre Transformateur 3 Ph 2

3 Transformateurs triphasés Analyse du couplage étoile/triangle A B C V AN V B N V C N V ab V bc V ca N Chaque colonne a un primaire et un secondaire Les tensions et les courants sont en phase sur une même colonne La tension phaseneutre du primaire génère la tension entre phase du secondaire a b c Transformateur 3 Ph 3

4 Transformateurs triphasés Analyse du couplage étoile/triangle (courants) I A I a I AN I BN I ac I CN I C N I ba I b I cb I B I c Transformateur 3 Ph 4

5 Transformateurs triphasés Analyse du couplage étoile/triangle (tensions) A V A N V ca a V C A C V B C B V A B V C N N V B N V bc V ab V ca V ab V bc b c Transformateur 3 Ph 5

6 Transformateurs triphasés Analyse du couplage étoile/triangle Donnons un exemple. Un transformateur triphasé étoile/triangle est donné pour une puissance de 50 MVA, 400kV/ 63kV (entre phases) et il est chargé de façon nominale avec un facteur de puissance 0.8 AR Construction du diagramme vectoriel Calcul des courants et des tensions Diagramme vectoriel La tension primaire entre phases V AB est choisie comme origine des phases V bc V CA V BN V ca V CN V AN 30 o V ab V AB V BC Transformateur 3 Ph 6

7 Transformateurs triphasés Analyse du couplage étoile/triangle Les tensions primaires entre phases sont: V AB = U 0 o = o V BC = U -120 o = o V CA = U o = o Les tensions primaires entre phases et neutre sont: V AN = V -30 o = o V BN = V -150 o = o V CN = V +90 o = o Tensions Amplitude des tensions primaires U = 400kV entre phases V LN = 400 / 3 =231kV phaseneutre La tension primaire de 231kV entre phase et neutre donne une tension entre phases de 63kV au secondaire à cause du couplage triangle V AN est en phase avec V ab Rapport de transformation: a =231 / 63 =3.67 V/a = 231/3.67 =63kV Transformateur 3 Ph 7

8 Transformateur triphasés Analyse du couplage étoile/triangle Les tensions entre phases au secondaire sont: V ab = V/a -30 o = o V bc = V/a -150 o = o V ca = V /a +90 o = Courants Amplitude des courants primaires: I P =50 MVA/ 3 400kV=72.17A Déphasage (phase A) Φ = -acos (0.8)-30 o = o Courants Le courant primaire est en retard par rapport à la tension V AN Amplitude des courants secondaires: a I P = 3.67*72.17= A Déphasage: Le courant de phase secondaire ( I ab ) est en phase avec le courant primaire: I ab = o Courant de ligne secondaire: A I a = I ab - I ca = o = 458.3A o Transformateur 3 Ph 8

9 Transformateurs triphasés Analyse du couplage étoile/triangle I a = I a b - I a c = A V A N = I c a = a I A = I ab = V AB = C N V ab = b B c Transformateur 3 Ph 9

10 Construction des transformateurs Circuit magnétique Le circuit magnétique est fait de fines toles de fer au silicium ( tenure 2 à 3 %) Les toles sont découpées et superposées à la presse les unes sur les autres La superposition est faite de manière à éliminer les entrefers Le noyau est assemblé et maintenu par une carcasse isolante Pièce Circuit magnétique Noyaux Bobines Transformateur 3 Ph 10

11 Construction des transformateurs Bobinage Le bobinage est réalisé en fils de cuivre (ou d aluminium) isolés avec des matériaux (papier, vernis, kevlar, mylar, ) Un bobinage est usiné en plusieurs couches et l isolement est fait entre les diverses couches Le primaire et le secondaire sont placés l un sur l autre mais isolés entre des couches d isolant Les bobinages sont séchés sous vide et imprégnés de vernis pour réduire l oxydation Bobinage d un petit transformateur HT BT Circuits magnétiques HT BT Transformateur 3 Ph 11

12 Construction des transformateurs Noyau magnétique Le circuit magnétique d un transformateur triphasé a en général trois colonnes Un bobinage de phase est placé sur chaque colonne Les bobinages primaire et secondaire sont placés un sur l autre et isolé entre eux Les transformateurs de grande taille utilisent des bobinages par couches Noyau de transformateur triphasé A B C Transformateur 3 Ph 12

13 Construction des transformateurs Les bobines isolées et vernies sont placées dans un réservoir métallique Transformateur triphasé à huile Le réservoir est rempli sous vide par une huile isolante Les extrémités des bobines sont connectées aux borniers L huile circule grâce à des pompes et passe dans les radiateurs Transformateur 3 Ph 13

14 Construction des transformateurs Le tranformateur est équipé de radiateurs refroidis par ventilation forcée Les ventilateurs sont installés sous les radiateurs Les borniers de grandes tailles permettent la connection au réseau L huile circule grâce à des pompes La température de l huile et sa pression sont mesurées pour prédire les performances du transformateur Grand transformateur à huile Transformateur 3 Ph 14

15 Construction des transformateurs Les transformateurs de type sec sont utilisés en BT et MT Transformateur Transformateur de type sec Les enroulements sont séchés sous vide avant imprégnation Les enroulements sont isolés avec de la résine epoxy La figure montre un transformateur triphasé de type sec Transformateur 3 Ph 15

16 Construction des transformateurs La figure montre la section d un transformateur de distribution monophasé Le transformateur est placé dans un réservoir métallique rempli d huile Le noyau de fer est maintenu par une ceinture isolante Les enroulements sont séparés apr des tubes isolants La circulation d huile entre primaire et secondaire est assurée par des conduits Transformateur monophasé à huile Transformateur 3 Ph 16

17 Construction des transformateurs Transformateur Les bornes isolantes sont réalisées avec un isolateur en porcelaine percé L isolateur a une surface pertrubé pour accroitre le trajet de fuite et la tension d amorçage sous foudre Une barre de cuivre ou d aluminium traverse la porcelaine L isolateur est rempli avec l huile du transformateur pour améliorer l isolement Borne isolante 15 kv Transformateur 3 Ph 17