Le transformateur monophasé

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1 Le transformateur monophasé Les transformateurs sont utilisés dans de nombreux cas où l on désire Abaisser, élever la tension ou protéger les personnes. Il existe de nombreuses sortes de transformateurs selon le besoin. I. Composition et principe de fonctionnement : Le transformateur ne peut fonctionner qu alimenté sous une tension alternative. Il se compose d un circuit magnétique et de deux enroulements minimums (Primaire () et Secondaire ()). Les enroulements sont en fil de cuivre émaillé pour les faibles courants ou en barres de cuivre méplat isolé pour les forts courants. Ils peuvent être concentriques, en galettes ou séparés. Enroulements séparés Enroulements concentriques Enroulements en galettes Le circuit magnétique se compose de feuilles de tôle de Fer / Silicium (peu conductrices, mais très ferromagnétiques) empilées pour limiter les pertes par courant de Foucault dans le circuit magnétique. Bobinage Colonne Circuit Magnétique Carcasse isolante support bobinage Picots de connexion L enroulement primaire alimenté par une tension alternative va créer un champ magnétique variable dans le circuit magnétique. L enroulement secondaire voit donc un champ magnétique variable. janvier 0

2 Ce champ va engendrer, grâce à la loi de Lenz, une FEM alternative au secondaire de même fréquence que le champ et donc que la tension primaire. Si l enroulement secondaire est fermé sur une charge, un courant va donc traverser la charge et l enroulement. Les lois qui régissent le transformateur parfait sont les suivantes : I I U U I I U U Convention récepteur au primaire et générateur au secondaire S U ( VA) (transform ateur parfait pas de pertes) Tension à vide m est le rapport de transformation du transformateur (rapport du nombre de spires, rapport des tensions à vide ou rapport inverse des courant pour le transformateur parfait) Pour le transformateur parfait, toute la puissance qui entre dans le transformateur en sort (S = S, P = P). En régime nominal on parle de S n : Puissance apparente nominale. C est une grandeur importante du transformateur qui apparaît dans la plaque signalétique. Elle donne la capacité qu a le transformateur à transformer une puissance. Elle permet de déterminer les dimensions du transformateur (I détermine la Section des fils ( I S ); U détermine la Section du CM et le bre de spires ( et ) donné par U=> ( U Bˆ 4,44 S f ). L ensemble U et I (S) détermine la Dimensions de la fenêtre.. I U. I. I U m U 0. I I I (théorème d' Ampère) Malheureusement, un transformateur réel n est jamais parfait. En effet, Le circuit magnétique est légèrement conducteur. Il va donc se créer des courants de Foucault dans les tôles qui vont engendrer des pertes fer. De plus, un enroulement est toujours résistif Des pertes joules dans les enroulements vont faire chuter le rendement. Le transformateur aura donc sa tension au secondaire qui chutera si on débite un courant au secondaire ( U ). P = U. I cosφ P = U. I cosφ P j = R. I² P fer =f(u, f) P j = R. I² P P Pertes_ fer Pertes_ joules_( primaire_ secondaire) janvier 0 (proche de 00%)

3 II. Transformateur de séparation Ph 30V 30V - Enroulements primaires et secondaires séparés - Aucun danger en cas de contact avec une phase du secondaire - Isolement primaire secondaire 4000 V. III. Transformateur de sécurité Ph 30V V - Transformateur destiné à alimenter des appareils TBTS (milieu humide) <50V - Contact avec les phases du () pas dangereux en milieu humide IV. Autotransformateur Ph 30V U - Astuce pour abaisser la tension pas chère ( seul enroulement). - Enroulements primaire et secondaire une partie commune - Pas d isolement galvanique. - assure pas la sécurité en cas de contact avec le () V. Transformateur à prise de réglage au primaire V Primaire Secondaire - Obtention d une tension secondaire précise. - Adaptation de la tension primaire à la tension réseau. Exemple Si on a 45V au primaire, il faudra alimenter le () entre +5 et 30 janvier 0 3

4 VI. Transformateur d alimentation des circuits de commande Utilisation : - Transformateur à enroulements séparés. - Pas tout le temps nécessaire. Quand on les utilise : - Tension secondaire toujours < 50 V - Tension compatible avec le matériel qui suit le transformateur. Protection contre les marches intempestives : Marche non désirée Défaut d isolement : mise en contact accidentelle d une partie active et une masse. Défaut en : Rien ne se passe Défaut en et : S en court-circuit => KM s enclenche sans qu on ne lui en donne l ordre Défaut en et 3 : S0 en court-circuit => Impossible d arrêter KM Solution : Protection par fusible (pour arrêter le système en cas de problème) avec création d un neutre pour créer un court-circuit et griller le fusible en cas de problème janvier 0 4

5 VII. Protection des transformateurs Protection par fusible ou disjoncteurs possibles. Primaire : - Le transformateur ne génère pas de surcharge s il est seul => Protection uniquement contre les court-circuits. - Mise sous tension provoquant un courant d appel (5 In) pendant environs 0ms => La protection ne doit pas déclencher pendant cette phase. Protection par fusibles type am ou Disjoncteurs particuliers bien réglés (courbe C ou D choisi judicieusement) calibre légèrement supérieur au courant nominal primaire du transformateur Sn/U. Secondaire : - Le secondaire, et la charge du transformateur sont à protéger contre les «surcharges» et les court-circuits (car charge = bobine de relais en général). - «Surcharge» : Calibre de l élément de protection égal au courant demandé par la charge du transformateur inférieur ou égal au courant nominal du secondaire du transformateur. - Court-circuit : Vérifier que le point le plus éloigné ou peut se faire le CC provoque le déclenchement de l appareil de protection en moins de 5 secondes Protection par fusible type gg ou disjoncteurs bien calibrés I charge = Scharge / U (courbe C ou B). Alimentation Phase-eutre Alimentation Phase-Phase janvier 0 5

6 VIII. Couplages des secondaires Transformateur 30V / 4V 00VA secondaires I E U 4V 50VA U 30V I S E U 4V 50VA S -400 I max = I max =S/U =50/4=,4A Couplage série Couplage parallèle I E I E U 4V 00VA U 30V I S E 48V 00VA U 30V I S E S I max =,4A Relier E à S ou E à S S I tot = I max + I max =S/U =00/4=4,8A Relier E à E et S à S Repérage des sens d enroulement des secondaires (E?, S? E? S?) U 30V U U - On connecte une borne de chaque enroulement. - On mesure la tension sur les deux autres bornes. - La tension est nulle => Couplage parallèle possible - La tension vaut le double de la tension secondaire => Couplage série déjà réalisé. janvier 0 6