LE TRANSFORMATEUR TRIPHASE

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1 Chpitre 2 LE TRNSFORMTEUR TRIPHSE Polytech'Nice Sophi. Dept Electronique cours d'elec 1 P. ICCONI LPES-CRES Université de Nice-Sophi ntipolis c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 1/8

2 1. Constitution d'un trnsformteur triphsé Les trnsformteurs triphsés constituent un millon importnt dns l chîne de distribution de l'énergie Utilistion de trois trnsformteurs monophsés u 12 u 23 u 31 troismono.dsf Fig. 1. Trois trnsformteurs Considérons trois trnsformteurs monophsés identiques et bobinés de telle sorte que les enroulements primire et secondire d'une même phse, (B ou C) soient réprtis sur un même noyu, (B ou C) (fig. 2). Supposons que les primires de ces trois trnsformteurs soient limentés pr un système de tensions triphsées équilibré direct : v 1 = V m cos (ωt) - k u 12 - k u 23 - k u 31 Dns une instlltion triphsée, on peut indifféremment utiliser trois trnsformteurs monophsés ou un seul trnsformteur triphsé. L première solution est courmment employée pour les instlltions de forte puissnce et pour des tensions élevées (> 40 MV, 223 et 400 kv); (un seul trnsformteur de secours suffit pour le groupe de trnsformtion). Les tensions secondires peuvent être couplées en tringle, étoile ou zigzg Principe du trnsformteur triphsé ' ' v 1 v 2 i 1 i 2 trns1.dsf Fig. 2. Trnsformteur monophsé v 2 = V m cos (ωt - 2π 3 ) [1] v 3 = V m cos (ωt - 4π 3 ) Les flux qui circulent dns chcun des trnsformteurs forment eux-mêmes un système triphsé équilibré : ϕ 1 = Φ m sin (ωt) c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 2/8

3 ϕ 2 = Φ m sin (ωt - 2π 3 ) [2] ϕ 3 = Φ m sin (ωt - 4π 3 ) Rpprochons, pr l pensée, les trois trnsformteurs monophsés pr les colonnes ne portnt ps d'enroulement (fig 3). Le flux qui circuler dns l colonne commune ser nul : ϕ = ϕ 1 + ϕ 2 + ϕ 3 = 0 [3] On peut donc supprimer cette colonne sns perturber le fonctionnement du système. Le trnsformteur triphsé est constitué d'un circuit mgnétique à trois noyux. L disposition idéle est celle où les noyux sont réprtis symétriquement dns l'espce (fig. 3b). cuse de l complexité technologique que cel entrînerit, on préfère plcer les trois noyux dns un même pln (fig.4). Cette disposition entrîne un léger déséquilibre des flux mis l'vntge de diminuer le volume occupé dns l'espce et le volume du fer. On dit que ce dispositif est à flux liés. Fig. 3. Trnsformteur triphsé équilibré Dns les gros trnsformteurs, on rélise églement le montge "cinq colonnes" pr djonction de deux colonnes de retour (fig.5). Ce type de trnsformteur est dit à flux libres. Fig. 4. Circuit mgnétique clssique c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 3/8

4 Fig. 5. Circuit mgnétique cuirssé (flux libre) Les enroulements sont concentriques (fible puissnce), à glettes lternées ou mixtes (forte puissnce). 2. Différents couplge des trnsformteurs triphsés 2.1. Conventions Remrquons tout d'bord que, sur une même colonne, les enroulements primire et secondire dont : soit en phse, soit en opposition de phse. Dns tous les cs, les modules des tensions sont dns le rpport des nombres de spires primires N 1 et secondires N 2. 1 ère convention Les extrémités des enroulements (ou bornes) sont repérées pr des lettres (fig.6) : mjuscules pour le bobinge HT pris comme primire, minuscules pour le bobinge BT pris comme secondire. Ces extrémités sont reliées à des bornes (sur le bornier) de telle sorte que les bornes de même polrité (bornes homologues) soient en regrd les unes des utres (fig.7). Les bornes homologues portent l même lettre. Bornier ' ' conv1.dsf Noyu Fig. 6. Bobinges de l phse conv2b.dsf ' ' 2 ème convention Fig. 7. Bornier (détil) L représenttion symbolique des enroulements s'obtient en rbttnt à 90 d'un côté, l'enroulement primire, et à 90 de l'utre, le bobinge secondire situé sur une même colonne et enroulé dns le même sens (fig.8). Les tensions indiquées sur le schém sont en phse. c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 4/8

5 Noyu V ' ' ' ' V ' V ' V ' ' conv2.dsf Fig. 8. Représenttion conventionnelle des bobinges 2.2. Les différents couplges utilisés Les enroulements des trois phses des circuits primires et secondires peuvent être connectés : en étoile vec ou sns neutre sorti, en tringle, en zig-zg. 3 ème convention (d'près les règles de l'ute) Le couplge étoile est représenté pr Y (HT) et y (BT), Le couplge tringle pr D (HT) ou d (BT), Le couplge zig-zg pr Z (HT) ou z (BT) L'indice n indique si le neutre est sorti (couplge Y, y, Z et z). Exemple fig. 8 : Yy n B C Yd B C Yz B C n b c b c b c conv3y.dsf conv3d.dsf Fig. 9. Couplge Yy n, Yd et Yz conv3z.dsf c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 5/8

6 Yy n n Cette désigntion conventionnelle ne suffit ps à crctériser un trnsformteur triphsé (exemple figure 10) On complète l désigntion en introduisnt le déphsge entre enroulements primire et secondire L'indice horire Le déphsge entre les fem simples (étoilées) de deux conv3y6.dsf enroulements montés sur un même noyu est toujours Fig. 10. Cf. texte un multiple de 30 ( 2π 12 ) qui est l'ngle existnt entre deux grdutions voisines d'une horloge à iguilles. 4 ème convention On convient de représenter le déphsge pr l'indice horire : On suppose que le trnsformteur est limenté pr son HT. Le vecteur représentnt l tension simple (pr rpport à un neutre qui peut être fictif) ppliquée à l phse est plcé sur le 12 de l'horloge et représente l grnde iguille. Le vecteur représentnt l tension simple ux bornes de l'enroulement BT est l petite iguille. L'heure indiquée est l'indice horire. L'indice horire représente le retrd d'une tension BT sur son homologue HT (que le trnsformteur soit élévteur ou bisseur). Exemple : couplge Yd V B C b c U c 12 V 11 V V U C B b V C U B U c U b V b C c conv4.dsf Conv4b.dsf U CB Fig. 11. Indice horire. Exemple Yd11 Supposons que l HT soit limentée dns le sens direct. V B V C V c U cb V B Trçons le digrmme vectoriel HT. Le digrmme vectoriel BT ser obtenu ne remrqunt que : V est en phse vec U B c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 6/8

7 V b V c est en phse vec U BC est en phse vec U C d'où le digrmme vectoriel BT. En superposnt les deux digrmmes vectoriels, on obtient l'indice horire. L'exemple trité donne un trnsformteur Yd11. Remrques. En permutnt les tensions d'limenttion primire tout en respectnt l'ordre des phses, on modifie l'indice horire de 4 ou 8. En inversnt le sens des enroulements primires ou secondires, on modifie l'indice horire de Choix des couplges Le choix du couplge s'effectue à prtir d'un certin nombre de critères tels que : Dimensionnement des enroulements (poids de Cu et volume), on préfèrer : un couplge étoile pour THT ( V = U/ 3 ) un couplge tringle pour forts cournts (J = I/ 3 ) Fonctionnement déséquilibrés : éviter les couplges Yy, Nécessité d'voir un neutre (Y ou Z), en distribution BT (230/400 V), on utiliser un couplge Z à cuse des déséquilibres fréquents, En HT, on peut mettre les prties métlliques et le neutre à l terre. Ce qui permet de réduire les distnces d'isolement des enroulements HT (couplge Yy) Mrche en prllèle (voir ci-près) Normlistion Pour fciliter les brnchements, l'ute normlisé les couplges. Les plus cournts sont : Yd11 : élévteur de tension u déprt des centrles, Yy0 : Réducteur de tension HT/MT, Yz11 : distribution sur un réseu ml équilibré. 3. Mrche en prllèle de deux trnsformteurs triphsés Les conditions de couplge en prllèle de deux trnsformteurs triphsés sont les mêmes que pour les trnsformteurs monophsés, à svoir : c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 7/8

8 ucun cournt de circultion ni à vide, ni en chrge. Ce qui implique : même tension à vide (module et phse), même rpport de trnsformtion, même chute de tension De plus pour les trnsformteurs triphsés, il fut que ces deux trnsformteurs ient même indice horire ou que l'on puisse les rmener u même indice horire (pprtennce à un même groupe).. Remrques : pr définition, le rpport de trnsformtion d'un trnsformteur triphsé est le rpport des tensions primire et secondire mesurées entre phses homologues dns un fonctionnement à vide :. k = (U b) 0 U B [4] c:\cours\etk\trnsfotri 16/01/2007 PI - 8/8