Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra TP 0 - Généralités : TP N 0 Les transformateurs ont de modifier les amplitudes des grandeurs électrique alternatives, ils transforment des signaux tensions et courants de fréquence f en signaux de même fréquence (en électrotechnique) mais de valeurs efficaces différentes. L intérêt de tels dispositifs se trouve dans la description du réseau de transport et de distribution de l énergie électrique. Généralement l énergie électrique utilisée est en basse tension (B.T), puisqu elle est plus facile à exploiter et présente moins de danger. Conception d un transformateur triphasé destiné au transport d énergie Mode de fonctionnement : Un transformateur est constitué d un circuit ferromagnétique fermé portant plusieurs enroulements sans liaison conductrice. Un des enroulements, nommé «primaire» est alimenté par une source de tension alternative sinusoïdale, un flux magnétique, forcé par cette alimentation, s établit donc la carcasse magnétique. Les autres bobines voient apparaitre entre leurs bornes des F.E.M (inducteur loi de Lenz). Le primaire module donc les valeurs de l intensité et de la puissance appelé sur la source en fonction des courants et des puissances fournis par les autres enroulements. Dits «secondaires». Composition d un transformateur monophasé Université Kasdi Merbah Ouargla 0/03
Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra TP 0 Types de transformateurs : Il existe deux grands types de transformateurs : élévateur de tension (abaisseur de courant) : mv > «N > N» abaisseur de tension (élévateur de courant) : mv < «N < N» Symbole électrique et branchement : Symbole L'enroulement primaire est branché à une source de tension sinusoïdale alternative. L'enroulement secondaire alimente une charge électrique : Schémas équivalents d'un transformateur : Un transformateur monophasé peut être représenté par le schéma équivalent ci-dessous : I r X l n I r X l m n i 0 U R f X m L m E E U Schéma équivalent du transformateur monophasé n Nombre de spires primaires n Nombre de spires secondaires m Rapport de transformation m=n/n E Force contre-électromotrice primaire E Force électromotrice secondaire I Courant primaire I Courant secondaire I0 Courant primaire à vide r Résistance de l'enroulement primaire r Résistance de l'enroulement secondaire X=lω Réactance de fuites de l'enroulement primaire X=lω Réactance de fuites de l'enroulement secondaire Xm=Lmω Réactance de magnétisation Résistance équivalente aux pertes fer Rf Université Kasdi Merbah Ouargla 0/03
Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra TP 0 - But de travail : Cette séance est consacrée à l'étude du fonctionnement d'un transformateur monophasé. Nous analyserons successivement les caractéristiques d'un tel équipement électrique. Ce T.P. passe en revue les différents essais que font les industriels pour déterminer les performances d'un transformateur avant de le mettre sur le marché. A l'issue de cette séance, vous devez être capable de déterminer les caractéristiques à inscrire sur la fiche signalétique (aussi appelé plaque à bornes) d'un transformateur. De même vous devez être capable de déchiffrer les caractéristiques inscrites sur un transformateur que vous venez d'acquérir. Au cours de ces mesures, vous devez avoir l'occasion de vérifier les lois fondamentales de l'électromagnétisme vues dans vos études : loi de Lentz, cycle d'hystérèsis, pertes magnétiques, pertes joules, puissances actives, puissances réactives... Afin de déterminer les caractéristiques d un transformateur monophasé et calculer certains paramètres caractérisant son fonctionnement, on effectue sur cet appareil les essais suivants : Essai à vide Essai en charge Essai en court-circuit Il est bon, au terme du TP, de retenir au minimum : les notions de tensions nominales, courants nominaux, pertes joules, pertes fer, puissances actives, puissances réactives... savoir utiliser un wattmètre en courant alternatif monophasé, un ampèremètre et un voltmètre aussi bien sûr savoir lire une fiche signalétique (plaque à bornes). 3- Matériel nécessaire : a) Alimentation variable continu / Alternative (0-5V / 0-6A). b) ampèremètre. c) Voltmètre. d) Wattmètres. e) multimètres. f) Charge résistive variable 0-00Ω /,6 A. g) Transformateur abaisseur/élévateur 4-Tests Pratique: Les 3 types d'essais qui vont suivre vont être effectués sur un transformateur qui n'est pas un transformateur industriel : il a plus de pertes pour qu'on puisse plus facilement les mesurer. Ces essais seront menés selon les montages proposés. AT : auto transformateur 8V/U. Cet appareil est dangereux : ne pas manipuler son circuit quand il est sous tension. A et A : ampèremètres pour mesurer les courants I primaire et I secondaire. U et U : voltmètres pour mesurer les tensions U primaire et u secondaire. W et W : wattmètres pour mesurer les puissances actives P consommée au primaire et P délivrée au secondaire. On obtient la puissance réactive Q (exprimée en VAR) par : 3 Université Kasdi Merbah Ouargla 0/03
Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra TP 0 Q = S P où la puissance apparente est donnée par S=V I (ou encore par P=S cosφ et Q=S sinφ). Attention: un wattmètre coûte cher, on le branche comme indiqué au dos de l'appareil (mesure en monophasé) et le calibre intensité du wattmètre (circuit gros fil) ne doit pas être inférieur à celui de l'ampèremètre. Comme toujours en électricité on câble d'abord les appareils du circuit intensité (en série), puis les appareils en dérivation (voltmètre et fils fins du wattmètre). Penser à vérifier fréquemment les zéros des wattmètres (entre chaque série de mesures). 4-a)-Essai à vide «Mesure des pertes fer»: L'essai à vide permet de mesurer les pertes fer, c'est-à-dire la puissance consommée, mesurée au primaire, P0 qui se résume aux pertes fer (les pertes Joule sont négligeables). A vide I=0 et I=I0. On ne câble donc ni W ni A, seulement U. Schéma de montage : Pour effectuer cet essai, on utilise le montage représenté par la figure suivante. Le secondaire est ouvert. Au primaire, on applique la tension nominale U0=Un On mesure:. La tension à vide au primaire U0.. La tension à vide au secondaire U0. 3. Le courant primaire à vide I0. 4. La puissance active primaire P0. A W I I 8 V Autotransfo AT Primaire U Secondaire U Schéma de montage pour l essai à vide A partir de cet essai, on peut calculer les grandeurs suivantes:. Les pertes fer Pfer soit Pfer=P0-RI 0. Comme généralement les pertes joules sont négligeables, on peut admettre que Pfer=P0. Le rapport de transformation à vide soit m = U0/U0 3. La résistance équivalente aux pertes fer Rf = U 0/P0 4. Le courant active primaire Ia=P0/U0 5. Le courant réactive primaire Ir= I I 0 a 6. La réactance de magnétisation vue du primaire Xm=U0/Ir P0 7. Le facteur de puissance primaire à vide cos( 0) U I 0 0 Université Kasdi Merbah Ouargla 0/03 4
Charge TP Electrotechnique Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra TP 0 Questions :. Effectuer le montage représenté par la figure.. fixer la tension primaire U0=Un 3. mesurer le courant primaire I0, la puissance active à vide P0 ainsi que la tension au secondaire U0. 4. remplir le tableau suivant I0 (A) P0 (W) U0 (V) U0 (V) 5. Ramener la tension à zéro. 6. calculer : Le rapport de transformation à vide La résistance équivalente aux pertes fer Rf Le courant active primaire Le courant réactive primaire La réactance de magnétisation Le facteur de puissance primaire à vide 4-b)-Essai en charge «charge Résistive Zch=R=0Ω, cos( )= : Les essais en charge ne sont possibles que pour des transformateurs de faible puissance apparente. On applique au primaire la tension nominale U=Un=8V. Une charge réglable. On mesure pour chaque valeur de Z:. La tension primaire en charge U. Le courant primaire en charge I 3. La puissance active primaire P 4. Le courant secondaire I 5. La puissance active secondaire P 6. la tension secondaire U A partir de cet essai, On peut calculer le rendement =P/P et tracer les caractéristiques U(I), (I) Schéma de montage : A W A W 8 V Autotransfo AT Primaire U Secondaire U Schéma de montage pour l essai en charge Questions :. Effectuer le montage représenté par le schéma.. La charge est constituée d'une résistance variable. 3. Fixer la charge Rh = 0Ω. 4. faites varier la tension U selon le tableau, relevez I, P, I, P et U. 5. Remplir le tableau suivant : Université Kasdi Merbah Ouargla 0/03 5
Abdessemed Djallal / Mansour Bouzidi / Boussekra TP 0 4-b)-Essai court-circuit «Mesure des pertes Joule»: En court circuit U = 0 : on ne câble ni U ni W seulement A. En fonction de U ( 0<U<8 volts), relever Icc, Icc, et Pcc (5 points). En court-circuit la seule tâche du courant secondaire est de créer un champ magnétique dans le fer qui s'oppose à tout instant au champ imposé par le courant primaire. L'induction magnétique dans le fer est donc faible, les pertes fer négligeables et l'approximation de Kapp justifiée. Schéma de montage : U (V) I (A) P (W) U (V) I (A) P (W) 8 4 6 8 0 A W 8 V Autotransfo AT Primaire U Secondaire A Schéma de montage pour l essai en court-circuit. Effectuer le montage représenté par la figure.. Augmenter progressivement la tension primaire jusqu à l obtention d un courant au secondaire Icc= 0.6 A. Icc 0, 0,4 Icc PCC m=icc/icc 3. Pour cette valeur du courant Icc relevez la tension primaire Ucc et la puissance Pcc. 4. Calculer : La résistance totale ramenée au secondaire rs La réactance totale ramenée au secondaire Xs Université Kasdi Merbah Ouargla 0/03 6