Détermination et utilisation du modèle d un transformateur monophasé

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1 NOM : prénom : Détermination et utilisation du modèle d un transformateur monophasé Grille d évaluation Les compétences à développer en sciences appliquées. Les compétences évaluées dans ce TP. C0 : Choisir une solution technique Les critères de performance. Barème de notation : 0 pts Le contenu spécifique à ce TP C03 : Analyser une solution technique C04 : Rédiger un document de synthèse Le compte rendu est propre. Sa rédaction est bien orthographiée 3 pts C06 : Respecter une procédure Les mesures permettant de calculer les éléments du modèle équivalent sont correctes. 4 pts C07 : Argumenter sur la solution technique retenue C10 : Réaliser les représentations graphiques nécessaires C17 : Mettre en oeuvre des moyens de mesurage C18 : Interpréter des indications, des résultats de mesures et d essais C19 : Identifier les paramètres de réglage C0 : Régler les paramètres C4 : Suivre la réalisation C33 : Animer une réunion Les appareils et les calibres sont bien choisis. Les tensions courants et puissances sont correctement évalués. Le rapport de transformation est correctement évalué. Les éléments du modèle sont correctement calculés. Les prédéterminations sont corrects. Chute de tension au secondaire Tension secondaire. Rendement. 7 pts 6 pts Zone réservée aux remarques émises par le professeur au cours de la séance de TP : page n 1/7

2 La plaque signalétique du transformateur porte les inscriptions : U1n = 0 v Un = 110 v Sn = 800 va Rappel : Sn = U1n I1n = Un In ap Evaluer la valeur efficace de l intensité du courant nominal primaire I1n : Calculer la valeur approchée de l intensité du courant nominal secondaire In ap : La convention d étude est rappelée ci-dessous. Le modèle équivalent au transformateur réel est: Ro est une résistance fictive telle que la puissance qu elle absorbe est égale aux pertes fer du transformateur réel. Pfer= U1 Ro Rs est une résistance fictive telle que la puissance qu elle absorbe est égale aux pertes Joule du transformateur réel. PJ = Rs I Lo est l inductance présentée par la bobine primaire du transformateur réel. Ls est une inductance fictive qui représente l action des fuites de flux magnétique du transformateur réel. page n /7

3 1- Détermination des éléments du modèle équivalent 11) Détermination des valeurs de Ro et de Lo. On réalise un essai à vide du transformateur réel. (Le courant primaire absorbé à vide n est pas sinusoïdal.) Effectuer le montage de mesure suivant: Sachant que la valeur efficace du courant absorbé à vide est égale à environ 10% de la valeur nominale. Quels doivent être les calibres de l ampèremètre et du wattmètre? Relever les grandeurs demandées dans le tableau: U1v Pv I1v Uv En déduire la valeur du rapport de transformation m U U v v 1 =, et celle du courant secondaire nominal I n= U Sn v On rappelle que Sv Pv + Qv = U1v I1v =. Déduire de vos relevés la valeur de Qv puissance réactive absorbée à vide. page n 3/7

4 Le circuit équivalent au fonctionnement du transformateur réel à vide est : Calculer les valeurs de Ro et de Lo. On en déduit que Pv U1 Ro = et que Qv= U1 Xo 1) Détermination des valeurs de Rs et de Ls. On réalise un essai secondaire en court-circuit du transformateur réel. (Le courant primaire absorbé en court-circuit est sinusoïdal.) On propose le montage de mesure suivant: Sachant que la valeur efficace du courant primaire absorbé est réglée à la valeur nominale. Quels doivent être les calibres de l ampèremètre et du wattmètre? Peut-on utiliser le mesureur de puissance «CA810»? page n 4/7

5 Modifier en conséquence le montage de mesure. Régler avec prudence l alternostat de manière à obtenir I1c = I1n. Puis remplir le tableau: U1c Pc I1c En déduire la valeur efficace du courant secondaire I c= I 1 m c. On rappelle que Sc Pc + Qc = U1c I1c =. Déduire de vos relevés la valeur de Qc puissance réactive absorbée en court-circuit. Le circuit équivalent au fonctionnement en court circuit est : On en déduit que Pc= Rs Ic et que Qc= Xs Ic Calculer les valeurs de Rs, Xs et Ls. page n 5/7

6 - Utilisation du modèle équivalent pour prédéterminer le fonctionnement en charge Le transformateur alimente un récepteur conformément au circuit suivant. On considère successivement trois récepteurs absorbant un courant d intensité égale à la valeur nominale du courant secondaire. Mais ayant chacun un facteur de puissance différent : F1 = 0,8 ar, F = 1 et F3 = 0,6 av. 1) Détermination des valeurs de la tension secondaire et de la chute de tension secondaire. = ϕ ϕ La chute de tension se calcule par U Uv U= [ Rs cos( ) + Xs sin( ) ] I. La tension secondaire se calcule par U= Uv U L angle ϕ est le déphasage de la tension u par rapport à l intensité i. Il s agit de l argument de l impédance du récepteur. Evaluer la chute U puis la valeur efficace U de la tension secondaire pour chaque récepteur. Récepteur n 1 Récepteur n Récepteur n 3 U U 100 U U v page n 6/7

7 ) Détermination des valeurs du rendement du transformateur Le bilan de puissance s écrit : pfer= U1 Ro Pabs = U1 I1 cos(ϕ1) Put = U I cos(φ) Le rendement se calcule par η = Put Pabs PJ= Rs I Evaluer la valeur du rendement du transformateur pour chaque récepteur. Récepteur n 1 Récepteur n Récepteur n 3 η 3) Le maximum de rendement de ce transformateur Le rendement est maximum si le facteur de puissance est égal à 1 et si les pertes fer sont égales aux pertes Joule. Calculer la valeur efficace de I lorsque pfer = Rs I = PJ Calculer alors la tension U. En déduire la valeur du rendement maximum. page n 7/7