Transformateur 3 Ph 1
CHAPITRE 3
Transformateurs triphasés
Gérard-André CAPOLINO
Transformateur 3 Ph 2
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 3
TransformateurTransformateurs triphasésAnalyse du couplage étoile/triangle
A B C
a b c
NVAN
Vab
VB N
Vbc Vca
VC N
• Chaque colonne a un primaire et un secondaire
• Les tensions et les courants sont en phase sur une mêmecolonne
• La tension phase-neutre du primaire génère la tension entre phase du secondaire
Transformateur 3 Ph 4
Transformateur
Transformateurs triphasésAnalyse du couplage étoile/triangle (courants)
IA
IC
IB
N
IAN
IBN
ICN
Iac
Icb
Iba
Ic
Ia
Ib
Transformateur 3 Ph 5
Transformateur
Transformateurs triphasésAnalyse du couplage étoile/triangle (tensions)
VA B
VC A
N
VA N
VB N
VC N
Vca
Vbc
Vab
Vca
Vab
A
B
C
a
b
c
VB C Vbc
Transformateur 3 Ph 6
Transformateur
Transformateurs triphasésAnalyse 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 façonnominale avec un facteur de puissance 0.8 AR
• Construction du diagramme vectoriel
• Calcul des courants et des tensions
VAB
VCA
VBC
VAN
VCN
VBN 30o
Diagramme vectoriel• La tension primaire entre
phases VAB est choisie commeorigine des phases
Vca
VabVbc
Transformateur 3 Ph 7
Transformateur
Transformateurs triphasésAnalyse 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 entrephases et neutre sont:
VAN = V -30o = 231 -30o
VBN = V -150o = 231 -150o
VCN = V +90o = 231 +90o
Tensions• Amplitude des tensions
primaires
U = 400kV entre phases
VLN = 400 / 3 =231kV phase-neutre
• 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 8
Transformateur
Transformateur triphasésAnalyse 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°
CourantsAmplitude des courants primaires:
IP =50 MVA/ 3 400kV=72.17ADéphasage (phase A)
Φ = -acos (0.8)-30o = -66.87o
CourantsLe courant primaire est en retard
par rapport à la tension VAN
• Amplitude des courantssecondaires:
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 9
Transformateur
Transformateurs triphasésAnalyse du couplage étoile/triangle
N
Iab= 264 -67
Vab= 63 -30
A
C
B
a
b
c
Ia = Ia b - Ia c = 458 -97
VAB = 400 0
VA N= 231 -30
IA = 72 -67
Ic a= 264 -197
Transformateur 3 Ph 10
TransformateurConstruction des transformateursCircuit 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
Bobines
Noyaux
Pièce
Circuit magnétique
Transformateur 3 Ph 11
Transformateur
Construction des transformateursBobinage• Le bobinage est réalisé en fils de
cuivre (ou d’aluminium) isolés avec des matériaux (papier, vernis, kevlar, mylar,…)
• Un bobinage est usiné en plusieurscouches et l’isolement est fait entreles 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
Circuits magnétiquesHT
HT BTBT
Transformateur 3 Ph 12
Transformateur
Construction des transformateursNoyau magnétiqueLe circuit magnétique d’un
transformateur triphasé a en général trois colonnes
• Un bobinage de phase est placésur 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
A B C
Transformateur 3 Ph 13
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 sontconnectées aux borniers
• L’huile circule grâce à despompes et passe dans les radiateurs
Transformateur triphasé à huile
Transformateur 3 Ph 14
TransformateurConstruction des transformateurs• Le tranformateur est équipé de
radiateurs refroidis par ventilation forcée
• Les ventilateurs sont installéssous 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 sapression sont mesurées pour prédire les performances du transformateur
Grand transformateur à huile
Transformateur 3 Ph 15
Transformateur
Construction des transformateurs• Les transformateurs de type sec
sont utilisés en BT et MT
• Les enroulements sont séchéssous vide avant imprégnation
• Les enroulements sont isolésavec de la résine epoxy
• La figure montre un transformateur triphasé de type sec
Transformateur de type sec
Transformateur 3 Ph 16
TransformateurConstruction des transformateurs• La figure montre la section d’un
transformateur de distribution monophasé
• Le transformateur est placé dansun réservoir métallique remplid’huile
• Le noyau de fer est maintenu par une ceinture isolante
• Les enroulements sont séparésapr des tubes isolants
• La circulation d’huile entreprimaire et secondaire estassurée par des conduits
Transformateur monophasé à huile
Transformateur 3 Ph 17
TransformateurConstruction des transformateurs
• Les bornes isolantes sontréalisées avec un isolateur en porcelaine percé
• L’isolateur a une surface pertrubé pour accroitre le trajetde fuite et la tension d’amorçagesous foudre
• Une barre de cuivre oud’aluminium traverse la porcelaine
• L’isolateur est rempli avec l’huiledu transformateur pour améliorerl’isolement
Borne isolante 15 kV