et E

Où en sommes-nous?
ƒ Nous avons vu jusqu’à maintenant:
les circuits AC
les circuits magnétiques
les transformateurs monophasés
Les circuits triphasés
(équilibrés/déséquilibrés)
ƒ Les composantes symétriques
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ Au programme aujourd’hui:
ƒ Transformateurs triphasés
ƒ Exercice intégrateur
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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ELE3400
TRANSFORMATEURS
TRIPHASÉS
2007-10-19
Professeur: Frédéric Sirois
2
Généralités
ƒ Un transformateur monophasé permet de
transformer une tension dite « primaire »
en une autre tension dite « secondaire »
ƒ De façon analogue, un transformateur
triphasé doit transformer 3 tensions
primaires (les 3 phases) en 3 tensions
secondaires (ou davantage)
ƒ Le nombre de possibilités de raccordements
est beaucoup plus grand que dans le cas
monophasé
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Comment réaliser un
transformateur triphasé?
ƒ à partir de 3 transformateurs monophasés
ƒ Communément appelé « banque » de
transformateurs monophasés
ƒ pratique car simple de changer une unité (très
utilisé dans les postes à haute tension)
ƒ avec un circuit magnétique triphasé
ƒ 3 enroulements primaires + 3 enroulements
secondaires sur un même noyau magnétique
ƒ noyau cuirassé ou à colonnes
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Transformateur triphasé: construction
ƒ Noyau triphasé de type cuirassé:
Remarque: bobinage
central inversé pour
réduire le flux dans
les jambes verticales
du centre
ƒ Relativement gros, d’où moins populaire
que le noyau à colonnes
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Transformateur triphasé: construction
ƒ Noyau triphasé à colonnes:
5 colonnes
(jambes)
3 colonnes
(jambes)
ƒ Le flux s’annule dans les culasses inférieures et supérieures
ƒ Retour du flux par les jambes latérales en cas de
déséquilibre (5 colonnes seulement)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Types de connexions
ƒ Principalement 4 topologies de connexion:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
En
En
En
En
étoile (Y)
triangle (D ou Delta)
zig-zag (Z)
T
ƒ Autres connexions possibles pour des applications
plus spécialisées
ƒ Un transformateur triphasé permet de modifier non
seulement la tension, mais aussi la phase, i.e.
El,primaire/El,secondaire=Mejθ (différent de m=N1/N2!)
(ceci sera démontré très bientôt)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Convention de notation
ƒ Lettres (2 ou 3) + nombre (entre 0 et 11)
ƒ Exemples: Yd11, Dy1, Dz10, Ydy0, etc…
ƒ Lettres utilisées: Y, D, Z, T (ou y, d, z, t)
ƒ LETTRE MAJUSCULE: primaire (côté source)
ƒ Lettre(s) minuscule(s): (tertiaire), secondaire
(tertiaire toujours au centre)
ƒ Nombre: principe de l’horloge
ƒ référence de phase à 12h (noté 0)
ƒ Chaque heure correspond à un saut de ±30°
ƒ exemples:
11 correspond à +30°
1 correspond à –30°
etc…
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Autres points importants
ƒ Toujours indiquer la polarité des
enroulements
ƒ On peut aussi représenter les
enroulements couplés magnétiquement
par des rectangles pleins avec la même
orientation
ƒ Exemple:
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion Dd0 (cas équilibré)
ƒ EAB=mEab (en phase) si le transformateur est
idéal (m=N1/N2)
ƒ Par conséquent, pour une charge équilibrée:
ƒ EA=mEa (en phase)
ƒ IA=Ia/m (en phase), mais Iba=Ia/√3 @+30°
Ia
IA
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Vérification de la polarité des
enroulements
ƒ Si la polarité est correcte, le Voltmètre
devrait lire 0V (sinon, on lit le double de la
tension ligne-ligne!)
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Utilité de la connexion Dd0
ƒ Alimentation de charges triphasées
équilibrées de puissance appréciable
(principalement applications industrielles)
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion en V (delta ouvert)
ƒ La perte d’une branche du Delta n’empêche
pas de continuer d’alimenter la charge!
ƒ La puissance totale du transformateur est
cependant diminuée (58% de la puissance
triphasée du Dd0)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion Dy11 (cas équilibré)
ƒ EAB=mEan et Eab=√3Ean @+30° (m=N1/N2)
d’où:
ƒ Eab=(√3/m)EAB @+30° Î Eab=EAB/M @+30°
ƒ M est le rapport de transformation global du
transformateur triphasé (en général, différent de m!)
ƒ exemples: M=m/√3 (Dy11) ; M=m (Dd0)
ƒ Courants:
IA=(Ia–Ic)/m
(relation générale)
Ia=M IA @+30°
(régime équilibré)
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Nuance: M≠m !
ƒ « m » représente le rapport des tours entre
2 enroulements couplés magnétiquement
(comme dans le cas monophasé)
ƒ « M » est fonction de « m », mais contient
en plus un facteur de proportionnalité qui
tient compte du type de connexion
ƒ C’est « M » qui apparaîtra dans le schéma
unifilaire, et non « m »
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion Dy11 (cas équilibré)
Attention au
déphasage de +30°
entre Eab et EAB!
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Dy11 vs Dy1 (cas équilibré)
Dy11
+30°
Renversement des polarités des enroulements au secondaire:
Dy1
–30°
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Utilité de la connexion Dy
ƒ Alimentation simultanée de charges monophasées
et de charges triphasées à partir d’un même
réseau triphasé
ƒ Génération d’un système à 4 fils à partir d’un
système à 3 fils
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Question éclair…
ƒ Est-il possible de fonctionner en Y ouvert,
de façon analogue à la connexion en V
(Delta ouvert)?
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexions Yd1 et Yd11 (cas équilibré)
ƒ EAN=mEab et EAB=√3EAN @+30° (m=N1/N2)
d’où:
ƒ Eab=EAB/m√3 @–30° Î Eab=EAB/M @–30°
avec: M=m√3
ƒ Courants: IA=(Ia–Ib)/3m
Ia=M IA @–30°
(relation générale)
(régime équilibré)
Yd1
Yd11
+30°
–30°
IN=0
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Yd1
IN=0
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Utilité de la connexion Yd
ƒ Alimentation de charges triphasées équilibrées de
puissance appréciable à partir d’un réseau à 4 fils
ƒ Génération d’un système à 3 fils à partir d’un
système à 4 fils
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Question éclair…
ƒ Est-il possible de brancher une charge
monophasée dans le système Yd?
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexions Yy0 (cas équilibré)
ƒ Comportement équivalent à 3 transformateurs
monophasés indépendants seulement s’il existe
un fil de neutre au primaire ET au secondaire
Notation: Ynyn
ƒ EAN=mEan (m=N1/N2) et Eab=EAB/m (en phase)
ƒ Ia=mIA (en phase)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Utilité de la connexion Ynyn
ƒ Alimentation de charges triphasées déséquilibrées
ou même de charge monophasées disparates à
partir d’un circuit triphasé
ƒ Possibilité d’un système à 4 fils au primaire et au
secondaire
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Considérations sur la connexion Y(n)y(n)
ƒ Potentiels bien définis (pas toujours possible avec un
système en D), à la condition de mettre les points de
neutre à la terre
ƒ Possibilité d’alimenter des charges déséquilibrées, à
condition d’avoir un fil de neutre au primaire (relié à celui
de la source) pour absorber les déséquilibre de courant
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Considérations sur la connexion Y(n)y(n)
ƒ En absence de neutre au primaire, le
moindre déséquilibre de charge au
secondaire engendre un déplacement
important du point de neutre
-Ean réduite
-Saturation
Î Très néfaste!
-Effort sur
isolation
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Considérations sur la connexion Y(n)y(n)
ƒ En absence de neutre au primaire, il est
préférable de retirer le fil de neutre au
secondaire, de façon à limiter les déséquilibres à
des charges ligne-ligne (le déplacement du point
de neutre est alors considérablement réduit)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Rappel: courant de magnétisation
du transformateur
ƒ Courant de magnétisation réel (régime permanent):
au lieu de:
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Rappel: courant de magnétisation
du transformateur
ƒ Le courant magnétisant est déformé en raison d’une
saturation partielle du circuit magnétique
ƒ La forme prononcée du coude fait en sorte qu’une
légère saturation peut engendrer des déformations
importantes
ƒ Le courant de magnétisation total comprend non
seulement cette composante distordue, mais aussi
une composante résistive: les pertes par courants de
Foucault
ƒ C’est ce qui explique la différence d’allure entre la
courbe de cette page et celle de la page suivante
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Rappel: courant de magnétisation
du transformateur
Courant de magnétisation: cas réel
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Courant de magnétisation dans le
cas de la connexion Yy
ƒ Sans neutre, la connexion Yy engendre un
courant de magnétisation sans harmoniques
d’ordre 3 (séquence homopolaire), ce qui
déforme les tensions phase-neutre
(les tensions ligne-ligne demeurent sinusoïdales
puisqu’elles sont imposées par la source)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion Ydy(n)
ƒ Cette configuration (3 enroulements par phase) élimine
toute les difficultés rencontrées avec la connexion Y(n)y(n)
ƒ Le triangle central (aucune borne de raccordement
externe!) permet « d’absorber en partie » le déséquilibre
(il agit comme « court-circuit » pour la séquence
homopolaire)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexions zigzag (Yz ou Dz)
ƒ Configuration à 3 enroulements par phase,
dont 2 servent à constituer le secondaire
(reliés en polarité soustractive)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexions zigzag (Yz ou Dz)
ƒ Exemple de branchement physique (notez que les
enroulements de polarité inverse sont bobinés en
sens inverse dans ce cas particulier):
Chemin du courant homopolaire dans un transformateur en zigzag: aucun
courant n’apparaît au primaire! Application: transformateur de mise à la terre!
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexions Dz0 et Dz10
Eab=EAB/M @0° avec M=m/3
IA=(2Ia–Ib–Ic)/m
Dz0 0°
ƒ Hypothèse:
nombre de tours du
secondaire et du
tertiaire identiques
Eab=EAB/M @+60° avec M=m/3
Dz10 +60°
2007-10-19
IA=(Ia+Ib–2Ic)/m
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Utilité de la connexion Dz
ƒ Alimentation de charges triphasées déséquilibrées ou
même de charge monophasées disparates à partir d’un
circuit triphasé à 3 fils
ƒ Alimentation de redresseurs triphasés mono-alternance
(le zigzag est peu sensible à la composante continue du
courant, qui fait saturer le circuit magnétique des autres
types de transformateurs)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion Dz généralisée
ƒ En utilisant un nombre de tours différent au
secondaire et au tertiaire (m12=N1/N2,
m13=N1/N3), on peut générer un déphasage
quelconque entre le primaire et le secondaire
(démonstration au tableau)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion Yz
ƒ Peu utilisée car engendre les mêmes
problèmes que la connexion Yy
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion Scott
ƒ Permet de générer un système diphasé à
partir d’un système triphasé
(détails dans le livre)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion en T (Tt11, Tt1 et Tt0)
ƒ Permet d’effectuer une transformation triphasée à l’aide de
seulement 2 transformateurs monophasés indépendants
ƒ Peut alimenter tout type de charge (3 ou 4 fils, charge
équilibrée ou non)
ƒ Un branchement au 2/3 de l’enroulement secondaire donne
un fil de neutre
ƒ Mais: impédances non identiques sur chacune des phases!
Tt11
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Connexion en T (Tt11, Tt1 et Tt0)
ƒ Autres variantes de connexions en T:
Tt1
2007-10-19
Tt0
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Transformateur de mise à la terre
ƒ Transformateur qui permet de sortir un 4ième fil à
partir d’un système à 3 fils
ƒ Le 4ième fil (le neutre) peut porter la composante
homopolaire du déséquilibre de courant de charge
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Circuit équivalent d’un transformateur
triphasé et schéma unifilaire
ƒ On répète simplement le modèle monophasé 3 fois
(indépendamment du type de connexion!), ce qui permet
par la suite de passer directement au schéma unifilaire
ƒ À ce circuit il faut ajouter le transformateur idéal avec un
rapport de transformation M (et non m!), ainsi que le
déphasage (si requis)
Impédances identiques
sur les 3 phases (sauf
pour les connexions en
V et en T)
Les essais en circuit
ouvert et en courtcircuit s’appliquent
toujours (mais cette
fois avec une source
triphasée)
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Sommaire des connexions
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Sommaire des connexions
Conn.
Dd
Dy
Yd
Yy
Dz
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
M=?
m
m/√3
√3m
m
m/3
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Exercice intégrateur
ƒ Vous avez accès à un réseau triphasé alimenté à 4000V,
60Hz (l’impédance de source est négligeable)
ƒ Vous voulez alimenter une charge triphasée équilibrée
dont la tension nominale est de 230V, raccordée en
Triangle, dont Z=1+j0,8 Ω par phase
ƒ Vous disposez de 3 unités monophasées de
transformateurs de 50kVA, 2300/230V, 60Hz, Z=3%,
Xeq/Req=10
ƒ Questions:
ƒ Quelle est la puissance nominale de la charge et son facteur de
puissance? S’agit-il d’une charge inductive ou capacitive?
ƒ Quel type de connexion de transformateurs permet de concevoir
l’alimentation désirée?
ƒ Réalisez le schéma unifilaire de ce montage (source,
transformateur et charge). Négligez la branche de magnétisation.
ƒ Solutionnez ce circuit et déterminez la chute de tension dans le
transformateur (en Volts et en % de la tension nominale).
2007-10-19
ELE3400 – Transformateurs triphasés
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Références
ƒ R.-P. Bouchard et G. Olivier, Électrotechnique,
2ième édition, Presses Internationales
Polytechnique, Montréal, 1999.
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ELE3400 – Transformateurs triphasés
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