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Shanon - Contrôle prédictif - Lyapunov - DSP - Filtre RIF

Modes glissants - Conversion sigma-delta - Modulation AM - Commande avec frottement sec

TS Electrotechnique : Travaux Pratiques

Transformateurs triphasés : TP niveau TS

Les deux TP qui suivent ont été élaborés en vue de permettre l'adaptation des élèves de TS à une évolution des programmes (il y a quelques années) : le transformateur triphasé n'était plus étudié en Terminale.

La durée de ces TP peut être modulée en fonction de la documentation disponible ( recherche dans les catalogues de constructeurs, lecture de cahiers techniques, normes) et de mesures intermédiaires qui pourraient être demandées.

Le travail est délibérément orienté vers les grandeurs utiles à l'exploitant dans sa gestion du réseau secondaire.

Voir aussi les commentaires à la fin.

TP n° 1 : Grandeurs d'exploitation du transformateur triphasé

Contexte : Le transformateur, machine électrotechnique statique, est au coeur de tous les systèmes de production, de distribution et d'utilisation de l'énergie électrique. On le rencontre sous des formes variées, dans des puissances allant de quelques VA à plusieurs milliards de VA.

Objectifs du TP:

&127; relever et comparer les grandeurs caractéristiques d'exploitation d'un transformateur triphasé, pour différents couplages.

Matériel utilisé :

Transformateur triphasé 3 kVA à 2 secondaires par colonne.

Appareillage de mesure à aiguille ou numérique.

Transformateurs d'isolement (courant et tension).

Source réglable triphasée de puissance.

Rappels : On utilise comme source le réseau triphasé industriel ; il est supposé équilibré en tension : ce réseau est donc composé de 3 générateurs de de Thévenin "parfaits", les tensions simples sont notées V_a, V_b et V_c. On a :

Ces trois tensions peuvent être représentées par des vecteurs dans le plan de Fresnel.

Les bobines tant au primaire qu'aux secondaires peuvent être couplées électriquement de nombreuses manières ; si deux bobines sont câblées en série, évidemment leur tensions s'ajoutent vectoriellement.

Le transformateur que nous utiliserons comporte pour chaque colonne 2 bobines secondaires identiques complètement accessibles ; il est donc possible de coupler ces 6 bobines de plusieurs manières :

F en étoile : les 2 bobines de chaque colonne sont mises en série, constituant ainsi un seul bobinage ; les 3 bobinages ainsi formés sont couplés en étoile. Symbole : Y au primaire, y au secondaire.

F en triangle : les 2 bobines de chaque colonne sont mises en série, constituant ainsi un seul bobinage. Les 3 bobinages ainsi formés sont couplés en triangle. Symbole : D au primaire, d au secondaire.

F en zigzag : une bobine de chaque colonne est mise en série avec une bobine de la colonne suivante, constituant ainsi un seul bobinage ; les 3 bobinages ainsi formés sont couplés "en étoile". Symbole : Z au primaire, z au secondaire.

Les grandeurs fondamentales d'exploitation d'un transformateur sont :

F la puissance nominale, la tension nominale et le courant nominal.

F le rapport de transformation m = V₂ / V_1.

F la tension de court-circuit, c'est à dire la tension primaire fournissant le courant secondaire nominal à un court-circuit triphasé. (court-circuit «boulonné»)

F le courant de court-circuit, c'est à dire le courant débité dans un court-circuit sous tension primaire nominale. (Seul le courant de court-circuit triphasé est étudié ici).

F le rendement, non étudié ici.

F l'indice horaire, déphasage entre tension primaire et tension secondaire, mesuré entre bornes homologues. Cette grandeur est toujours un multiple entier de 30°.

F le facteur de puissance, dépendant de la charge, et qui n'est pas étudié ici.

Travail à effectuer

Mesure de grandeurs caractéristiques utiles à l'utilisateur du réseau.

Couplage du primaire : Y

I.1) Mesurez les rapports de transformation à vide pour les différentes bobines secondaires, non connectées entre elles, exprimé comme le rapport entre la tension aux bornes d'une bobine secondaire et la tension aux bornes d'une bobiune primaire. On prendra soin d'utiliser les noms des différentes bobines conformément au schéma suivant, et on donnera à chaque borne un repère :

I.2) Mesurez le rapport de transformation global pour les couplages secondaires y, d et z, c'est à dire le rapport entre la tension de ligne secondaire et la tension de ligne primaire.

I.3) Calculez pour chacun des couplages le courant nominal de ligne secondaire, établi pour une puissance de 4 kVA.

I.4) Mesurez pour chacun des couplages la tension de court-circuit U_cc.

I.5) Calculez pour chaque couplage le courant et la puissance de court-circuit, I_cc et P_cc.

Courant et puissance de court-circuit servent à déterminer les protections des canalisations en aval du transformateur : déterminez à l'aide du catalogue fourni la gamme de disjoncteurs qui convient.

TP n°2

Couplage des transformateurs triphasés et mise en parallèle

Contexte : Le transformateur occupe une place centrale dans la distribution de l'énergie électrique. Il dispose, en triphasé, de quelques degrés de liberté : l'un de ceux-ci est l'indice horaire. Sa connaissance est indispensable pour connaître précisément les particularités de l'installation, son adaptation au service envisagé.

Objectif : étudier différents couplages de transformateurs. Mettre en pratique quelques techniques traditionnelles de ce domaine.

Matériel utilisé : Transformateur triphasé 4 kVA à 2 secondaires par colonne.

Appareillage de mesure à aiguille.

I.1) Prédéterminez les indices horaires pour les couplages Yy - Yd - Yz, par un diagramme vectoriel.

I.2) Mesure de l'indice horaire : "Méthode des électriciens".

Rappel : la détermination des déphasages est possible en ne mesurant que des amplitudes, en suivant la procédure ci-dessous.

Les rapports de transformation ont déjà été mesurés.

a) On relie par un fil une phase primaire à la phase secondaire homologue : il y a donc égalité des potentiels de ces deux bornes. La tension de la bobine primaire et celle de la bobine secondaire ainsi connectées seront donc représentées par deux vecteurs ayant une extrémité commune.

b) On mesure au voltmètre les tensions entre autant de bornes primaires et secondaires que nécessaire pour pouvoir construire les autres vecteurs de Fresnel du système triphasé secondaire par rapport au système triphasé primaire.

c) On réalise la construction de Fresnel à la règle et au compas.

d) On lit le déphasage entre tensions primaires et secondaires homologues : c'est l'indice horaire recherché.

Appliquez la méthode des électriciens pour vérifier les résultats du § I.1.

Précisez, par un schéma avec des notations claires, le cablage employé et les mesures faites.

Après cet essai, n'oubliez pas de supprimer la liaison primaire-secondaire !

Mise en parallèle de deux transformateurs.

La mise en parallèle de deux transformateurs permet d'augmenter la puissance disponible d'une installation tout en conservant un investissement précédent (ce qui ne serait pas le cas si l'on devait s'équiper d'un transformateur neuf délivrant toute la puissance désirée). Un autre avantage réside dans le fractionnement de la fonction «transformer-adapter», ce qui autorise des délestages plus souples qu'avec un seul transformateur ou encore avec deux transformateurs dont les ressources secondaires ne seraient pas mises en commun (secondaires séparés).

Les conditions de mise en parallèle sont très simples : il ne doit pas y avoir de circulation de courant inutile d'un transformateur vers l'autre.

Ceci implique que les tensions délivrées doivent être égales en tout temps et pour toutes les charges. Aussi, les transformateurs devront avoir :

- le même rapport de transformation

- le même indice horaire

- la même puissance de court-circuit (ou la même tension de court-circuit, à 10% près)

On demande ici de réaliser la mise en parallèle de deux transformateurs.

Effectuez toutes les mesures nécessaires avant de procéder au couplage en parallèle.

Déterminez la puissance de court-circuit du système à deux transformateurs.

FIN

voir aussi :

Cahiers Techniques Merlin Gérin

Le cours

Les données techniques Alsthom (Icc pour 2 transformateurs en //)

Commentaires : le travail ne pose en général pas de difficulté aux élèves. (Tous se trompent pourtant lors du couplage Yz, à cause de l'addition vectorielle de deux tensions à 120 ° : la tension qu'ils obtiennent est la même qu'avec un seul jeu de secondaires en étoile.)

Le plus frappant est la découverte quasi totale par les élèves, non seulement des techniques abordées, mais aussi :

*du rôle du transformateur dans le monde actuel : aussi important que celui de l'automobile ou des centrales nucléaires.

*du rôle du technicien dans l'installation et la conduite d'un système de distribution d'énergie : au coeur même de l'industrie, il lui apporte l'énergie.

D'une manière générale, le diagramme de Fresnel est acquis.

En revanche, comment l'énergie traverse-t-elle la machine ? Les relations entre les grandeurs internes et externes sont mal appréhendées par beaucoup, même si l'utilisation des résultats pratiques est convenable.

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