Transformateurs triphasés

CHAPITRE 3
Transformateurs
triphasés
Gérard-André CAPOLINO
Transformateur 3 Ph
1
Transformateur
Transformateurs triphasés
•
•
•
Les transformateurs triphasés peuvent être construit par:
– le couplage de trois transformateurs monophasés
– utilisation d’un circuit magnétique à trois ou cinq colonnes
Les couplages usuels des transformateurs triphasés sont:
– étoile / étoile
utilisation variée dans les cas déséquilibrés
– étoile / triangle
abaisseur pour la distribution
– triangle / triangle utilisé en moyenne tension
– triangle / étoile
élévateur dans une centrale de production
Dans la plupart des cas le neutre est à la terre
Transformateur 3 Ph
2
Transformateur
Transformateurs triphasés
Analyse du couplage étoile/triangle
A
B
•
C
•
VAN
VB N
VC N
N
•
Vab
a
Vbc
Vca
b
c
Transformateur 3 Ph
Chaque colonne a un
primaire et un
secondaire
Les tensions et les
courants sont en
phase sur une même
colonne
La tension phaseneutre du primaire
génère la tension
entre phase du
secondaire
3
Transformateur
Transformateurs triphasés
Analyse du couplage étoile/triangle (courants)
Ia
IA
IAN
ICN
IC
Iac
IBN
Iba I
b
N
Icb
Ic
IB
Transformateur 3 Ph
4
Transformateur
Transformateurs triphasés
Analyse du couplage étoile/triangle (tensions)
A
VA N
VC N
VC A
VB N
a
Vab
Vab
N
C
VB C
Vca
VA B
b
Vbc
Vca
B
Vbc
c
Transformateur 3 Ph
5
Transformateur
Transformateurs triphasés
Analyse du couplage étoile/triangle
•
•
Donnons un exemple. Un transformateur
triphasé étoile/triangle est donné pour
une puissance de 50 MVA, 400kV/ 63kV
(entre phases) et il est chargé de façon
nominale avec un facteur de puissance
0.8 AR
•
Construction du diagramme vectoriel
•
Calcul des courants et des tensions
Diagramme vectoriel
La tension primaire entre
phases VAB est choisie comme
origine des phases
Vca
VCA
VCN
VBN
30o
VAN
Vbc
Transformateur 3 Ph
VAB
Vab
VBC
6
Transformateur
Tensions
Transformateurs triphasés
Analyse du couplage
étoile/triangle
• Les tensions primaires entre
phases sont:
VAB = U 0o
= 400 0o
VBC = U -120o = 400 -120o
VCA = U - 240o = 400 -240o
• Les tensions primaires entre
phases et neutre sont:
VAN = V -30o = 231 -30o
VBN = V -150o = 231 -150o
VCN = V +90o = 231 +90o
•
•
•
•
•
Amplitude des tensions
primaires
U = 400kV entre phases
VLN = 400 / 3 =231kV phaseneutre
La tension primaire de 231kV
entre phase et neutre donne
une tension entre phases de
63kV au secondaire à cause du
couplage triangle
VAN est en phase avec Vab
Rapport de transformation:
a =231 / 63 =3.67
V/a = 231/3.67 =63kV
Transformateur 3 Ph
7
Transformateur
Transformateur triphasés
Analyse du couplage
étoile/triangle
• Les tensions entre phases au
secondaire sont:
Vab = V/a
-30o
= 63 -30o
Vbc = V/a -150o = 63 -150o
Vca = V /a +90o = 63 +90°
Courants
Amplitude des courants primaires:
IP =50 MVA/ 3 400kV=72.17A
Déphasage (phase A)
Φ = -acos (0.8)-30o = -66.87o
Courants
Le courant primaire est en retard
par rapport à la tension VAN
• Amplitude des courants
secondaires:
a IP= 3.67*72.17= 264.6 A
• Déphasage: Le courant de
phase secondaire ( Iab ) est en
phase avec le courant primaire:
Iab =264.6 -66.87o A
• Courant de ligne secondaire:
Ia = Iab - Ica = 3 264.6 - 96.7o
= 458.3A -96.7o
Transformateur 3 Ph
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Transformateur
Transformateurs triphasés
Analyse du couplage étoile/triangle
Ia = Ia b - Ia c = 458 -97
VA N= 231 -30
A
IA = 72
VAB = 400
C
0
Ic a= 264 -197
a
Iab= 264 -67
-67
Vab= 63 -30
b
N
B
c
Transformateur 3 Ph
9
Transformateur
Construction des transformateurs
Circuit magnétique
• Le circuit magnétique est fait de
fines toles de fer au silicium (
tenure 2 à 3 %)
• Les toles sont découpées et
superposées à la presse les unes
sur les autres
• La superposition est faite de
manière à éliminer les entrefers
• Le noyau est assemblé et
maintenu par une carcasse
isolante
Pièce
Circuit
magnétique
Noyaux
Bobines
Transformateur 3 Ph
10
Transformateur
Construction des transformateurs
Bobinage
•
•
•
•
Le bobinage est réalisé en fils de
cuivre (ou d’aluminium) isolés avec
des matériaux (papier, vernis, kevlar,
mylar,…)
Un bobinage est usiné en plusieurs
couches et l’isolement est fait entre
les diverses couches
Le primaire et le secondaire sont
placés l’un sur l’autre mais isolés
entre des couches d’isolant
Les bobinages sont séchés sous vide
et imprégnés de vernis pour réduire
l’oxydation
Bobinage d’un petit transformateur
HT
BT
Transformateur 3 Ph
Circuits magnétiques
HT
BT
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Transformateur
Construction des transformateurs
Noyau magnétique
Le circuit magnétique d’un
transformateur triphasé a en
général trois colonnes
• Un bobinage de phase est placé
sur chaque colonne
• Les bobinages primaire et
secondaire sont placés un sur
l’autre et isolé entre eux
• Les transformateurs de grande
taille utilisent des bobinages par
couches
Noyau de transformateur triphasé
Transformateur 3 Ph
A
B
C
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Transformateur
Construction des transformateurs
• Les bobines isolées et vernies
sont placées dans un réservoir
métallique
•
Le réservoir est rempli sous vide
par une huile isolante
•
Les extrémités des bobines sont
connectées aux borniers
•
L’huile circule grâce à des
pompes et passe dans les
radiateurs
Transformateur triphasé à huile
Transformateur 3 Ph
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Transformateur
Construction des transformateurs
• Le tranformateur est équipé de
radiateurs refroidis par ventilation
forcée
• Les ventilateurs sont installés
sous les radiateurs
• Les borniers de grandes tailles
permettent la connection au
réseau
• L’huile circule grâce à des
pompes
• La température de l’huile et sa
pression sont mesurées pour
prédire les performances du
transformateur
Grand transformateur à huile
Transformateur 3 Ph
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Transformateur
Transformateur de type sec
Construction des transformateurs
• Les transformateurs de type sec
sont utilisés en BT et MT
•
Les enroulements sont séchés
sous vide avant imprégnation
•
Les enroulements sont isolés
avec de la résine epoxy
•
La figure montre un
transformateur triphasé de type
sec
Transformateur 3 Ph
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Transformateur
Construction des transformateurs
• La figure montre la section d’un
transformateur de distribution
monophasé
• Le transformateur est placé dans
un réservoir métallique rempli
d’huile
• Le noyau de fer est maintenu par
une ceinture isolante
• Les enroulements sont séparés
apr des tubes isolants
• La circulation d’huile entre
primaire et secondaire est
assurée par des conduits
Transformateur monophasé à huile
Transformateur 3 Ph
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Transformateur
Construction des transformateurs
Borne isolante 15 kV
•
•
•
•
Les bornes isolantes sont
réalisées avec un isolateur en
porcelaine percé
L’isolateur a une surface
pertrubé pour accroitre le trajet
de fuite et la tension d’amorçage
sous foudre
Une barre de cuivre ou
d’aluminium traverse la
porcelaine
L’isolateur est rempli avec l’huile
du transformateur pour améliorer
l’isolement
Transformateur 3 Ph
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