4. Caractéristique d'un transformateur triphasé

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|Cours d'électrotechnique |
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|PARTIE N°4 : |
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1. Description 2
1.1. Le circuit magnétique 2
1.2. Les enroulements 3
1.3. Prise de réglage 3
1.4. Le refroidissement 4
1.5. Les bornes 4
2. Principe de fonctionnement 5
3. Fonctionnement en déséquilibré 8
3.1. Le couplage triangle 8
3.2. Le couplage étoile 9
3.2.1. Dans un transformateur à flux libres 9
3.2.2. Dans un transformateur à flux liés 10
3.3. Le couplage zig-zag 10
4. Caractéristique d'un transformateur triphasé 11
4.1. Les couplages 11
4.2. Repérage 11
4.3. Grandeurs nominales 11
4.3.1. La tension nominale 11
4.3.2. Le courant nominal 11
4.3.3. La puissance apparente nominale 12
4.4. Rapport global de transformation 12
4.4.1. Couplage Dd 12
4.4.2. Couplage Yy 12
4.4.3. Couplage Dy 12
4.4.4. Couplage Yd 12
4.4.5. Couplage Dz 12
4.4.6. Couplage Yz 13
4.5. L'indice horaire 13
4.5.1. Couplage Yy en phase 13
4.5.2. Couplage Yy en opposition 14
5. Couplage en parallèle 14





Description


Pour la plupart des transformateurs triphasés, le courant qui circule
dans les bobinages est relativement élevé ce qui sous-entend que les
conducteurs sont soumis à des effets joule relativement important. Nous
avons donc un échauffement des bobinages. Jusqu'à une puissance
considérée comme faible par les constructeurs, les bobines sont
refroidies par l'air ambiant c'est également le cas pour les
transformateurs monophasés. Pour les transformateurs de moyenne
puissance, le circuit magnétique et les bobines sont placées dans une
cuve. Cette cuve est ensuite inondée d'huile non conductrice. Cette
huile sert en fait de fluide colporteur. Par analogie avec les machines
fournissant du froid, ou dans ce cas c'est le fréon ou l'argon qui joue
ce rôle. Une réserve d'huile est placé au dessus de la cuve. Cette
huile est soumise à une surveillance très stricte afin d'éviter que par
dépôt de saleté dans l'huile, elle ne perde ces propriétés isolantes.
Une quantité trop élevée d'impureté pourrait conduire à un phénomène de
court-circuit au sein du transformateur. Pour ces transformateurs,
l'huile est refroidie par contact avec les parois de la cuve. Ces
parois sont d'ailleurs formées d'ailettes qui accentue l'effet de
refroidissement. Pour les transformateurs de grande puissance,
l'échauffement est tel qu'il faut absolument réaliser une circulation
du fluide colporteur au sein de la cuve. On utilise toujours de l'huile
qui est mise en circulation au sein du transformateur. L'huile est
ensuite refroidie en passant dans un échangeur. Que se soit dans
n'importe quel cas, l'huile une fois contaminée par des saletés n'est
pas jetée mais recyclée. La plupart du temps l'huile est traitées sur
place et réinjectée immédiatement après traitement. Je note encore que
en aucun cas il ne faut arrêter le fonctionnement du transformateur
pour effectuer ce traitement.


1 Le circuit magnétique


Les circuits magnétiques sont en tôles à cristaux orientés. Les tôles
sont enchevêtrées avec joints droits ou avec joints obliques tout
comme dans les transformateurs monophasés. Je rappel que le choix du
type de joint est fonction de la circulation du flux au sein du
circuit magnétique. Pour des joints droits, le flux réalise dans les
coins une courbe, tandis que pour les joints obliques, le flux réalise
dans les coins une cassure à 90°. Selon le cas on obtient plus ou
moins de fuite de flux donc on joue sur le rendement de la machine.
Tous les transformateurs n'ont pas une forme parallélipipédique, une
partie ont une forme circulaire. Pour utiliser au mieux la surface
interne des bobinages circulaires, on cherche à donner au circuit
magnétique une section circulaire. Afin d'arriver à des résultats
acceptables, on utilise des tôles de largeur différente pour réaliser
des noyaux en croix et parfois en gradin.


Pour donner un ordre de grandeur, le circuit magnétique d'un
transformateur de 100KVA pèse environ 300Kg. Certain transformateur de
très grande puissance ont cinq colonnes, les trois du centre reçoivent
les enroulements et les deux aux extrémités servent à refermer le
circuit magnétique. L'avantage de ce système est que les colonnes
peuvent être plus petites ce qui facilite le déplacement.


2 Les enroulements


Ils peuvent être concentriques ou à bobines alternées. Selon les
cas un choix sera fait. Notons toutefois que le plus souvent on
utilise des enroulements concentriques. Dans ce cas, l'enroulement
HT est formé par des galettes superposées. Les bobinages sont en
fil de cuivre ; très souvent on emploie plusieurs fils en
parallèle. Ces fils changeant de position, on dit qu'ils sont
permutés, pour éviter des pertes supplémentaires dues aux courant
de Foucault. En basse tension les fils sont émaillés, l'isolation
est constituée par des couches de coton, de soie ou de papier.
Afin d'éviter au maximum des contacts entre bobinage HT et BT, un
cylindre isolant est placé entre les deux enroulements. On place
également entre les galettes constituant le bobinage HT des
disques isolants. La chose la plus importante dans un
transformateur de grande puissance est d'empêcher le déplacement
des conducteurs. L'ensemble des enroulements sera donc
parfaitement calé afin d'éviter tout déplacement aussi bien axial
que radial. Je rappel que mes conducteurs sont soumis sans cesse à
des forces électrodynamiques dues aux courants intenses qui
circulent dans le primaire et le secondaire du transformateur.



3 Prise de réglage


Suivant leur place dans le réseau, les transformateurs sont plus
ou moins soumis aux variations de tension dues aux chutes de
tension dans les lignes. Pour en tenir compte, la haute tension
comporte quelques spires de réglage sur chaque phase. Notons que
pour un couplage étoile il est très facile d'ajouter ou de
retrancher ces spires à l'enroulement du côté du point neutre. Le
réglage se fera côté du point neutre, car n'oublier pas que les
extrémités des bobines sont ensuite directement reliées aux
isolateurs extérieurs. On emploie pour cela un commutateur
approprié qui pourra être man?uvré en charge ou à vide en fonction
des cas. Notons encore que l'ajout de spires peut engendrer une
variation de tension de l'ordre de 5% au secondaire.


4 Le refroidissement


Malgré leur rendement excellent, les transformateurs produisent
une grande quantité de chaleur suite aux pertes par effet joule.
Un transformateur de 10000KVA de rendement égale à 0,99 produit
une puissance thermique de 100Kw. Nous devons donc envisager de
refroidir plus ou moins énergiquement afin d'éviter des
températures trop élevées que les bobinages ne supporteraient pas.
Pour les transformateurs de faible puissance, le refroidissement
naturel par l'air suffit.


A partir de quelques KVA, les bobinages et le circuit magnétique
sont placés dans une cuve métallique remplie d'huile minérale très
fluide ou d'un liquide synthétique, le pyralène. L'huile circulant
le long des bobinages et du circuit magnétique facilite le
refroidissement. L'huile se refroidit elle même au contact de la
cuve. Lorsque la puissance thermique augmente de façon dangereuse,
on adopte les modifications suivantes. Dans un premier temps, on
réalise une ondulation de la tôle de