TP ELT1 Transformateur monophasé

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1 CORRGE TP ELT Transformateur monophasé Préparation Transformateur parfait i (t) TP i (t) u (t) u (t) Charge équations du transformateur parfait : Avec le fléchage du schéma et la position des points homologues on peut écrire : En valeurs instantanées : u (t) = m u (t) i (t) = m i (t) En régime sinusoïdal on peut adopter la notation complexe = m. = m. En valeurs efficaces (l n est pas nécessaire de connaître la position des points homologues) : = m. = m Transformateur réel m 0 TP R s L s ω R f L m m L est l inductance magnétisante. Elle consomme la puissance réactive dans l essai à vide. R f résistance qui modélise les pertes fer. Elle consomme la puissance active dans l essai à vide. (pertes fer) m rapport de transformation m = (c est aussi le rapport du nombre de spires m = ) CORRGE TP05 06 transformateur monophasé page /6 R s résistance des enroulements ramenée au secondaire Elle consomme la puissance active dans l essai en court circuit. (pertes cuivre ou pertes joule) R s = R + m R. R et R étant respectivement les résistances des enroulements primaires et secondaires L s inductance de fuite ramenée au secondaire Elle consomme la puissance réactive dans l essai en court circuit. L s = L + m L. L et L étant respectivement les inductances de fuite des enroulements primaires et secondaires.

2 Manipulation On utilise le transformateur 30 V/30 V 500 VA. C est un transformateur d isolement. Les courants nominaux primaires et secondaires sont identiques et valent S 500 = = = = 0, 9A 30 Essai à vide du transformateur Ph 30V variable transformateur V l y a proportionalité et on trouve m =,03 Le schéma équivalent est celui-ci car m = 0 m se mesure à vide.. l est supérieur à car le constructeur a prévu des spires supplémentaires au secondaire pour compenser la chute de tension dans les charges inductives. R f 0 L 0 = 400 ma P 0 = 37 W Q 0 = 6 vars sous = 30 V. R f = = 430 Ω P 0 L ω = = 867 Ω.. et L =,3 H Q0 Ces valeurs devraient être infinies pour un transformateur parfait Le courant à vide est faible devant le courant nominal. 3 On révise le cours d électromagnétisme CORRGE TP05 06 transformateur monophasé page /6

3 La courbe représente la tension du secteur. La courbe représente l intensité à vide La courbe 3 représente le flux. On ne peut pas mesurer le déphasage car le courant n est pas sinusoïdal. Le filtre RC se comporte comme un intégrateur dès lors que sa fréquence de coupure πrc =,59 Hz lorsque R= 00 kω et C = µf est très inférieure à la fréquence du secteur soit 60 Hz.. R Tension proportionnelle au courant 0 Sonde courant transformateur Le flux est parfaitement sinusoïdal alors que la tension secteur présente une légère distorsion. Le transformateur fonctionne à flux forcé. C Sonde tension Tension proportionnelle au flux Φ La caractéristique magnétique Φ = f(i) du matériau magnétique n est pas linéaire. Si on baisse la tension la saturation disparaît mais l hystéresis demeure. Essai avec secondaire en court circuit = m TP R s L s ω m m = 0 CORRGE TP05 06 transformateur monophasé page 3/6

4 Sur le schéma équivalent de l essai on peut supprimer R f car la tension est faible et donc les pertes fer et la sont négligeables. On peut également supprimer L car la puissance réactive dans l inductance magnétisante est négligeable. CC = 7,7 V. CC =,3 A. CC = 0,9 A P CC = 59 W. Q CC = 60 vars P R s = = 0,50 Ω cc CC P L sω = = 0,5 Ω. L S =,35 mh CC CC 3 Fonctionnement sous charge nominale résistive 3 Prédétermination On dessine dans l ordre (mais pas à l échelle) : m jl S ω R S Direction de La direction de, origine des phases. en phase avec R S en phase avec jl S ω en quadrature avance sur m = + R S + jl S ω = ( R ) ( L ) S + ω = 7,8 V S m = ( + R ) + ( L ω ) S S ( m ) ( LS ) RS = ω Avec m =,03 = 30 V R S = 0,5 Ω. L S ω = 0,5 Ω. et Ι = 0,9 Α On trouve : = 3 V P rendement. η = P + P f + P c avec P f = pertes fer mesurées à vide = 37 W. P C = pertes cuivre mesurées en court circuit = 59 W. η = 96% L essai à puissance nominale confirme ces résultats. Le rhéostat choisi est la banc de charge 4 KW en position 60%. On Charge progressivement en ajustant la tension pour la maintenir à 30 V. CORRGE TP05 06 transformateur monophasé page 4/6

5 4 Prédétermination sous charge inductive pure Le courant est en quadrature arrière sur. m R S Direction de jl S ω = ( m ) ( RS ) LSω Prédétermination sous charge capacitive Le courant est en quadrature avance sur. Direction de jl m S ω R S = ( m ) ( RS ) + LSω Sous charge capacitive, on remarque que la tension de sortie est supérieure à la tension à vide. Partie facultative : n transformateur expérimental S = 6 cm = 600 spires. = 7 spires. = 30 V =, A. = A. On calcule = = 7, 6V Etude de la bobine primaire seule. CORRGE TP05 06 transformateur monophasé page 5/6

6 S. L = µ 0 On trouve L = 7, mh sans noyau de fer. l = 0 cm l. Le courant qui circulerait si on branchait une tension de valeur efficace 30 V serait de 84 A très supérieur au courant maximum. Le circuit magnétique est indispensable. S 3. L = µ r µ 0.L =,44 H. = 0,4 A. Ce courant représentera le courant à vide l f 4. Lorsque le fer n est pas feuilleté le tronçon de fer massif devient sensiblement très chaud. Ce sont les pertes par courants de Foucault. La puissance absorbée avec le tronçon non feuilleté est de 400 W. C est énorme comparé à la puissance du transformateur (. = 330 VA) 5. la puissance perdue à vide (avec le tronçon feuilleté) est de P 0 = 0 W: ce sont les pertes fer. Etude du transformateur 6. rapport de transformation. m = = 0,. 7. formule de Boucherot = 4,44 S..Bf. B = 0,9 T Φ =,4 mwb 8. Puissance apparente S =. = 330 VA 9. Puissance perdue en court circuit P CC = 7 W. Ce sont les pertes joule. 0. Charge R =,3 Ω pour avoir le courant nominal au secondaire. Cette résistance doit pouvoir dissiper 330 W. P 330. Rendement η = = = 87% P + P f + P c CORRGE TP05 06 transformateur monophasé page 6/6