Transformateur et transport de l'énergie électrique Transformateur:

. --: -: Leçonl5

Transformateur et transport de l'énergie électrique Transformateur:

Activité

^: Etude la variation du courant du transformateur

Enroulen'tent prtmarre

Nt spires

Enroulement secondaire

iV? spir es

Cou ra nt â seconctaire

:È,,

Courant

pr Inr a rre

1

I

Tension pr[l] o rre

u1

I I I

1

I I

I

iË2Ë3â.,,"

u2

Symbole du transformateur

l)

Prendre une bobine de ¹ 00 spires et de 200 spires, pLris enfoncer-les dans chaque branche de

llaimant en U, ensuite relier les deux branches de I'aimant en U par une tige cle fer droit. On I'appel le un transformateur.

2) Relier la bobine de 100 spires du transformateur à une batterie constituant un circuit fermé :

puis relier la bobine de 200 spires à une lampe. Observer la clarté de la larnpe.

3) Changer de la connexion en reliant

la

bobine de 200 spires

à

la batterie formant en circuit fermé et celle de 100 à la lampe. Observer la clarté de la lampe.

Quelle est

la

difference de Ia clarté de la lampe reliant à la b<lbine

de

100 spires et de 200 spires ? Pourquoi ?

Un

transformateur est

un

système

de

conversion

qui

permet

de modifier la tension

et

I'intensité d'un courant électrique en un courant électrique de tension et

d'intensité rlifférentes.

Un transformateur comprend un circuit magnétique constitué d,un

ce

circuit est constitué de plusieurs tôles d'acier au silicium laminées.

dlun vernis isolant afin de diminuer res pertes par

courant ferromagnétique comporte2 bobinages (en monôphasé) :

-

un enroulement

primaire

(appelé simplement primaire) qui reçoit l'énergie électrique et la transforme en énergie magnétique par induction.;

ndaire (ou

secondaire)

qui,

étant traversé par

le

champ magnétique

, ^fournit

un courant alternatif de même fréquence mais àe

teniio!

qui inférieure à la tension ₁ rimaire.

Un transformateur qui produit une tension plus grande est dit élévateur de tension, à l,inverse

il

est

dit

abaisseur de tension.

Vu

du secondaire un transformateur peut être considéré comme un générateur de courant

alternatif.

!

à::.-

t:

noyau ferrolnagnétique;

Ces tôles sont recouvertes

de

Foucault,,

Le

cirôuit

a)

Transformateur élévateur de tension ^: Un

transformateur

élévateur de tension est

du primaire est inférieur à celui du secondaire.

Dans ce cas, la tension obtenue par le secondaire primaire.

b)

Transformateur abaisseirr de tension :

Un

transformateur

abaisseur tle _tension est du primaire est supérieur à celui du secondaire.

Dans ce cas, la tension obtenue par le secondaire primaire.

I r ; tf r.";l(t trrri rlrlur :ttriitl;5(!tlr

un transformateur dont le étant supérieure à celle qui

t{r- a (i!{

ï

_:1

,l

I

_?

tr^)l4ltl?:'lr - -1. Udo/-t.ltr-:: lt - -1.tltt(t - ll,? fJû/.t"tù - 0.?

Transformateur élévateur et transformateur abaisseur de tension

nombre de spires a été appliquée au

un transformateur dont le nombre de spires étant inférieure à celle qui a été appliquée au

Le transformateur fonctionne en charge quand

un

récepteur est raccordé

à

sa sortie. Le courant débité par le secondaire crée alors un champ magnétique opposé au champ produit par le primaire'

Il

s'ensuit une augmentation du courant dans le primaire ét enfin

il

y a

ejaite enfe

la puissance que génère

le

secondaire et la puissance consommée par l'enroulem-ent primaire.

On peut dire que :

Pr

: Pz

⁽¹⁾

Le courant électrique généré par une bobine étant proporlionnel au courant et au nombre de spires, on peut comprendre que :

f litttslC,rrnr-t lçtjl (ihl.v;r I r,:Ur

63

'NrII1 :N2x12

(2)

Le

rapport

de

transformation

:

(l) () Urxlr:U2xI2 ë Q) c> *:2 _{N2 Ir}

R,

^{+ Po *Pro}

t

Pa

ut-Iz u2

¹¹

Les tensions sont proportionnelles aux nombres de spires :

ur - &;donconpeutécrire:L

- +- ^?

U2 N2' r---'--'U2 N2

11

c)

^{Rendement :}

Le

rendement du transformateur est le rapport de la puissance utilisée et de la puissance absorbée.

P*o*a

-

^P2

- ,t-;- -t-

'lbsotée r l -

P2

Le

rendement varie en fonction des conditions

d'utilisation

du transfornrateur.

Le

meilleur rendement

est obtenu pour les valeurs

nominales

d'utilisation

indiquées

sq la

^plaque

si gnalét ique du transformateur.

- Idéalernent,

il

ne devrait

y

avoir aucune perte d'énergie dans un

t.ansfo.-ateur.

Cependant, ett raisorr des peftes inévitables causées par ies résisiances des enrouiemenis (bobines) et ia fuite magnétique

du noyau, le

rendement

de

puissance

d'un

transformateur

ne peut

jamais atteindre 100 ^yo.

Le calcul du rendement de puissance peut êÎre effectué grâce à l'équation suivante :

..2.

^-'

Le trânsport d'électricité en-longues distances

^:

Réseau très

^flat-tte

terrslon

23U.

./ ^40c) kv _{Résea(J régional} 50,/ 15O kv

Production ^:

L'électricité peut être produite de différences façons, ^mais principe

: ^la transformation d'un

mouvement tournant ^'en alternateur.

Réseau basse terlslon

23C-

/

_'IOOV

3.

presque toujours selon

le

même énergie électrique, grâce

à

^un

Un

^réseau

électrique est un

^ensemble

d'infrastructures

énergétiques

plus ou

molns disponibtes permettani d'acheminer

l'énergie

électrique ^des centres de

production

vers ^les consommateurs d'électricité.

Il

est constitué de lignes électriques exploitées à différents niveaux de tension, ^connectées entre elles dans des postes électriques. Les ^postes électriques permettent de répartir

l'électricité

et de la faire ^passer à'une tension ^à I'autre ^grâce aux transformateurs.

Réseau ^{400 000} volts ^:

Le

courant produit est porté

à

une tension de 400 000 volts,

qui

permet de transporter ^des grandes quantités d'énergiàs sur de longues distances avec le minimum de pertes d'électricité' C,est ^{ce réseau} qui assure I'indispensable solidarité entre ^les régions et la sécurité d'alimentation de tous.

Réseau

d'alimentation

^{régionale :}

Le transport à l,échelle

rég

^locale est assuré en225 000, 90 000 et ⁶³ 000 volts'

ce

réseau permet d'acheminer

I é jusqu'aux gran{s

consommateurs industriels

et

^aux

réseaux

de

distribution.

Il c ^{au.. t"}

réseau 400

000 volts, Ie

^réseau

de

^transport

d'électricité.

65

Réseau de

distribution

:

L'électricité pàsse du réseau de transport au réseau de distribution grâce aux < postes sources

>. ces échangeurs abaissent la haute et très haute tènsion en moyenne tension (15 000 ou 20 000

volts) ou en

basse tension

(380 et 220

volts).

Les

réseaux

de

distribution alimentent les

particuliers, les petits

commerçants,

les collectivités

locales

et les petites et

moyennes entreprises.

Poste de

transformation

Dans Ies bâtiments,

elle

est distribuée plLrs finement encore vers les différents appareils et machines.

Au

moment

de

sa consommation, I'énergie électrique est reconvertie

en

énergie mécaniqlte.

thermique,

Iumineuse

ou

chimique,

ceci pour

.épondre

à

chaque besoin- Le

principal inconvénient de l'énergie électrique est qu'elle ne peut pas être

stockée en grandes quantités.

L'énergie

produite

doit

êtrc immétliatement ùnsommee.

La quantité d'énergie électrique nécessaire.pour satisfaire la consommation _à chaque instant.

Dans Ies

tnachines

et installation, l'énergie est

essentiellement

utilisée

sous

les

fonnes électriqtres, mécaniqtres et thermiques. L'électricité est utilisée pour l'alimentation générale 4e la machine, de ses appareils de commande et de ses moteurs.

F.o.^i^o Ài-^^l;^,

_r.ÀsiLluc u aiJpitcat;on :

Le transport d'électricité de puissance 88 kW par une ligne de 500 m de long et de

résistance 0,25 c2- Pendant

l0

s, quel serait l'énergie thermique perdue pu, un.'iign e de 220

y

et de

22000v

?

Réponses :

Lr= t2:500m p:88kW=88000W i

^Ur

^=220Y

Distribution HTA

2OkV

Transformation

:

abaissenrent de la tension

Distribution BT

/.

..;|'

L'électricité est transporlée sur un réseau haute tension triphasé.

La tension est ensuite abaissée dans des postes _de

trans formation pour être distribuée chez I'usaser.

Le réseau est toujours triphasé mais cette fois

il

comporte Lln

conducteur supplémentaire : le conducteur de neutre

uz:22

000

v

. . i:j- -ll

i

iil .!:

;:

Calculerl,intensitéducouranttraverSantla|ignede220Y:

È,

on

a: 11

_{' u1} :! : ry

_22O

^{':400 A}

Alors: Ir:400 A

calculer l'intensité du courant traversant la ligne de 22000

V

^:

on

^a: 12

- ur :!- =

^{88 22000}

^ooo :4 _A

Alors: 11:

4

A

'

Calculer l'énergie thermique dégagée par la ligne de 220V pendant l0s:

:

^On

^a:e1

^{= R 12}

^t:0,25

^{x (400)2}

^x l0:400 000J:400

kJ

'

Alors : _Q1

:400

₀₀₀

J:400

kJ

Calculer l'énergie thermique dégagéepar la ligne de 22000 V pendant l0s:

.

_On a :

e2:

^{R 12}

^t:0,25

^x

^{()2 x} l0:40J

Alors :

Q2:40J

67