TP ELT1 Transformateur monophasé

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1 TP ELT1 monophasé Objectifs : Détermination expérimentale des paramètres du modèle d un monophasé. ous allez travailler directement sur le réseau 230. Soyez vigilant. Câblez hors tension. Utilisez les cordons de sécurité. Reliez les appareils mobiles à la terre. Faites vérifier le montage par l enseignant. Un est constitué de deux enroulements électriques, bobinés sur le même circuit magnétique. On applique une tension alternative sinusoïdale u 1 (t) au primaire et il apparaît une tension u 2 (t) au secondaire. u 1 (t) i 1 (t) i 2 (t) u 2 (t) Charge I Préparation I 1 parfait i 1 (t) TP i 2 (t) u 1 (t) u 2 (t) Charge Rappeler les équations du parfait I 2 réel Le schéma équivalent du réel est le suivant : I 1 mi 2 I 0 TP I 2 R s L s ω R f L m m U U 2 Définir L, R f, m, R s et L s. TP ELT1 monophasé. Page 1

2 II Manipulation On utilisera le 230 / Quel est l intérêt d un tel?. Prévoir les courants nominaux primaire et secondaire. On se propose de déterminer tous les éléments du schéma équivalent grâce aux essais à puissance réduite (essai à vide puis essai en court circuit) puis de prévoir le rendement et la tension de sortie sous charge nominale résistive. On fera aussi les prédéterminations sous charge inductive puis capacitive. II 1 Essai à vide du Réaliser le W montage et faire 230 variable vérifier avant la mise sous tension. ttention au calibre courant du wattmètre. 230 variable II 1 1 Pour différentes valeurs de, mesurer U 2 et en déduire m. Y a-t-il proportionnalité? Comparer m à vide par rapport à la plaque signalétique qui correspond au fonctionnement nominal. II 1 2 Mesurer le courant I 10 et la puissance P 10 sous nominal. partir de ces mesures déduire R f et L. Quelles devraient être ces valeurs pour un parfait? Comparer le courant à vide au courant nominal. II 1 3 On révise le cours d électromagnétisme Relever à l oscilloscope les chronogrammes de u 1 (t) avec la sonde différentielle isolée, et de i 10 (t) avec la pince à effet Hall. Indiquer les valeurs des maxima. Peut-on mesurer le déphasage? Pourquoi? Le phénomène que vous venez d observer est du à la caractéristique magnétique Φ = f(i) du matériau. On souhaite visualiser cette caractéristique. Le flux Φ est l intégrale de la tension dφ( t) 1 du2 ( t) U 2 u 2 (t): u2 ( t) = n2 donc Φ( t) = ce qui s écrit Φ = en notation complexe. dt n2 dt jn2ω Mais tout cela tu le savais déjà! Il suffit alors de câbler un simple filtre RC dont la fréquence de coupure est très inférieure à 60 Hz pour obtenir un intégrateur; Tension proportionnelle au courant I 10 Sonde courant TP ELT1 monophasé. Page 2 U 2 R C Sonde tension Tension proportionnelle au flux Φ

3 Le montage est déjà câblé : R= 100 kω et C = 1 µf. Justifier ces valeurs.. Observer le flux et commenter. Relever en XY la courbe Φ = f(i). Et si on baisse la tension? II 2 Essai avec secondaire en court circuit Réaliser le montage et faire vérifier avant la mise sous tension. ttention aux calibres courant. Dans cet essai les courants vont atteindre leurs valeurs nominales tandis que U 2 = 0 et reste faible. Le courant I 0 est alors négligeable ainsi que l influence de R f et L. On peut alors facilement calculer R s et L s. ttention! La tension U1 sera très faible. Brancher directement le sur le secteur pour l essai en court circuit entraînerait sa destruction. 230 variable W a tester abaisseur 230 variable a tester abaisseur ugmenter lentement en surveillant le courant nominal secondaire. Mesurer la puissance P 1CC. Si le calibre du wattmètre ne permet pas de mesurer P 1CC avec précision visualiser u 1 (t) et i 1 (t) à l oscilloscope et en déduire le déphasage pour calculer P 1CC = U I cos ϕ. Calculer R s et L s. Observer le courant i 1 (t). Est-il sinusoïdal? Pourquoi? Si une étiquette n est pas présente, coller une étiquette sur le om du binôme unités Date de l essai m Rf L R S L S II 3 Fonctionnement sous charge nominale résistive II 3 1 Prédétermination TP ELT1 monophasé. Page 3

4 Tracer la représentation de Fresnel des tensions aux secondaire. Calculer U et U 2. Déterminer le rendement. Essai à puissance nominale : Réaliser le montage et faire vérifier avant la mise sous tension. ttention aux calibres courant. Dimensionner le rhéostat. 230 fixe W Rh 230 fixe Rh Régler le rhéostat pour avoir un courant nominal au secondaire. Mesurer, U 2. Calculer m en charge. Mesurer I 1, I 2, calculer le rapport de transformation des courants. Le courant Io est-il négligeable? Est-il sinusoïdal? Mesure des puissances. Rendement pratique? Conclusion. II 4 Prédétermination sous charge inductive pure puis charge capacitive Tracer la représentation de Fresnel des tensions au secondaire. Calculer U et U 2. Que remarque-t-on pour la charge capacitive? III Partie facultative : Un expérimental S il vous reste du temps On utilise un circuit magnétique démontable de section S = 16 cm 2 Le primaire comporte 1 = 600 spires. Le secondaire comporte 2 = 72 spires. TP ELT1 monophasé. Page 4

5 Le primaire est prévu pour être alimenté par une tension de valeur efficace maximum = 230 et le courant ne doit pas dépasser I 1 = 2,2. Le courant secondaire ne doit pas dépasser 12. Etude de la bobine primaire seule. 1. Calculer l inductance L 1 de la bobine primaire dans noyau de fer. On utilisera la 2 S 7 formule pour la bobine longue (approximation) : L1 = µ 0 avec µ 0 = 4π10 et on l prendra S = 16 cm 2 et l = 10 cm 2. Calculer le courant qui circulerait si on branchait une tension de valeur efficace 230 et montrer qu on ne peut pas brancher directement cette bobine sur le secteur sans circuit magnétique. 3. On admet que le circuit magnétique a une perméabilité relative µ r = Calculer 2 S l inductance L 1 avec circuit magnétique. L1 = µ 0 avec l f = 50 cm longueur de l fer. Calculer le courant I 1 4. On remplace une section du circuit magnétique feuilleté par une autre non feuilletée. Laisser fonctionner une minute et commenter la température du tronçon de fer non feuilleté. Mesurer aussi la puissance absorbée avec le tronçon non feuilleté et commenter. 5. Mesurer la puissance perdue à vide : ce sont les pertes fer. Etude du 6. Calculer le rapport de transformation. m = En utilisant la formule de Boucherot = 4,44 S. 1.B.f calculer la valeur du champ magnétique B maximal dans le circuit magnétique. En déduire le flux Φ dans le circuit magnétique. 8. Quelle est la puissance apparente S de ce? 9. Mesurer la puissance perdue en court circuit. Ce sont les pertes joule. 10. Quelle charge R faut-il brancher pour avoir le courant nominal au secondaire? 11. Quel est le rendement de ce? f TP ELT1 monophasé. Page 5