Dimensionnement et calcul de l'échauffement d'un transformateur de puissance.

tout

[a6ord

qui

nous

a

écfairé

fe

9(ous

tenons

_à

W"

A.

_Amiour-S

dingé

[ans

son é[a6

dussi

à

remercier

W

encouragements.

$[os

r.,fs

remercù

fe

2ème

année

master

f,nfin

nous

personne

_s'étant

_mon

réafisatinn

_[e

ae

mémo

.Ainsi

_rye

tous

fes

fonnation.

.$t

:li"i;._

,..'

erct

ments

Atkfi

te

tout

puxssdnt

t

'ureement

_5[otre

_promoteur

de

no

_avoir

_confié

_ce

_projet

_et

tton

it

ctro

au

6out,

pour

ces

et

nous tenons

conseits

et

_ses

Kess,

t.r

.t

_ent

_à

_toute

_fa

_promotion

'que

in[wtricffe.

remercxements

t

ae pres

ou

de

ûfi,

étu[e.

qui ont contri|ué

à

notre

à

toute

totn

à

k

cew,

_Je

i

ma

granf,-mère

nas

A

ncs

_ftè

et

seurs,

It

_aftis

_et

ccuL

wus.

ce

ti,

que

CCs

.fl!,fis

mon

c.tur,

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[e[æ

ce

traaail:

flère et

mes

parents, qut

ûcu

fes

garf,e,

frùres

et

seurs.

I

mzs

amis

et

colbguzs,

A

tous

ceu4Eu

j'ainc.

A

ttous,

pomma

L

l

Généralités sur les tra4sfomatours I.1.1. Définitions et c

Ll.2.

Pincipales app 03 04 04 05 05 06 07 08 08 09 09 09 09

l3

\4

l4

i5

t5

16 l'7

l8

19 20

2l

22 22 22 24 24 25 26 L1.3. Principe de

I.1.,1. Intérêt des

L1.5. Différenrs types de

e é]ectrique

...

L2.2.2. Lqs applicatio{rs jndustriell, I.2.3. Constitution génératre _{dl.un trânsf} 1.2.4. _{La partip active des}

iransfonnater 1.2.4.1 _{Circuit magnétjOu. ...}

I.2..1.1.a types dis circuits ma I.2.4,1.b.

Noyaul

et culasses (

I.2.4.1.c. Formes des sections I.2.4i1.d. Types qe materiaux

L2.4ll.e. Réalisaiion des circu L2.4.2. Enloulements (bobinages)... I.2.42.a. Disposiiion des enro I.2.4,2.b. Consrniction des enr L2.4,2.c Contraiqtes s'appliqu I.2.4.2.d CouplagP des enroule 1.2.4.2.e _{Indioe h4raire ...}

..,,

l-2.4.2.fChoix

df

couptage... rmateur de puissance

l0

l0

ll

l3

s s transformateurs. noyâux et des culâsses

circuit magnétique. magnetiqu€s

t aux eûoulements... ents

1,3 Protection des _{transfonnateurs contre}

ies sudensi I.2.5 1solarion.,... ..-.

r.r.o

I ypes oes _{transtormaleuls de puiss}

L2.6.I

Tratùsformateurf à colonnes

(

I.2.6.2 Trarlsfomd _eurf cu irassés...

Conclusion.

_:7

28 29 29 30 30 31 32 33 33 36 37 38 38 40 de puissânce

11. L9 Calcul _des pertes rédultant dans enroulements

Il.l.l0

Calcul de tension db court-ci

ll.l.11

Calcul de la chute ge rension

ll. 1.6 Contrôle des _{peftes ]...}

ILl.5

Calcui de la masse tbtale du fer

II.l.7

Calcul lès dimensiods des

lI.l.8

Calcul des masses d{ cr:ivre dans

section de I'enroulement primaire ... ia fenêtre ...

transformateurs de puissânce

aux matériaux actifs. . ...

de la paroi... la _{tempéÉture entle l,huile et la}

moyenne de l'huile...

IILl.2

Normes d'échauffertrent..._...

lll.l.3

Sourceq d'échaLrfferirents...

III.I.4

Le tranqfert rhermiqfe ...

III.l.5

_{Proprié(é thermique der matéri}

IILl.6

Calcul

_{e

l'échauffefnent des

t

rs...,,.,

4t

42 43 44 47 48 48 49 50

5l

5l

5l

51 53

III. 1.6. I Notions fon$ûentales.... IIL l.6.2 lie

flux

then4ique extérie

lll.l.6.2.a

Cal{ul de l,échar I11.1.6.2.b Caltul du saut d,

1II.1.6.2.c Calgul de la re

Ill.l.6.3

I,e

flux

thenrlique dans '

rre

ux themltque clans l€ III. 1.6.3.a L'éqhaulfement 1I11.6.3.b L'éqhaufement

malériaux actifs...

ll.1.l

_{Calcul de la section du noyau ....}

IL

l.2

Calcul de la largeur et la hauteur IL1.3 Calculde nombre d$ spires et de IL

l.4

Calcul de Ia hauteur et la largeur

IIL2,2 _{Le cirpuit de refro} IIl.2.3 _{Types d,huiles de}

III.2.1 Technologies de idisse

''''... 60 igÉration ... _o0 53 55 56 57 9ment froidissem

III.2.,l Fluidqs réfri el Isolants . IIl.2.5 Types de refroi

IIL2.6 Choix de rype de

IlI.2.7 ContrEle et comr Conclusion

Chapitre

_IV

: Appticâtioq et résulta

IV.2 Courbes de dimensionirement _des

IV.2 Résultats de _{dimensio4nement du onn}

IV.2.l

Section du noyau dimensions IV.2.2 Dimen$ionnement 1V.2.3 Dimenlionnement 1V,2.4 DimenSionnement I'enrou la fenétre.. nt... rgération.. de de la

elen

diùs

I'

dans

l'

63 63 71

'tl

72 72 '73 73 73 74 74 74 74 75 75

IV.l

Résultârs de _{de l'êchauEemenr du}

IV.3.l

Échauffement de

l,

lnent de basse tension.

IV.2.5 Calcul _des pe(es.... 1V.2.6 Tension de court-ci

[V.3.2 IV.3.2.a

tv.3.2.b

e tension.

lement de haute tension

s enroulem

rv.J.J

ECnau pment dans e

ler

77

78

80

IntroCuction

t/t

uction

0ertains importe que ensionn

pour

le

jorles

et nulre au onnet et lors de

sut tes

ran

pornts de circuits

conducteuF et le nombre

_fe

bobinesd est

d'avoir

une estimatioF des pertes rendement du hansformatieu _[5].

Depuis les premiels ',

des années 1880 jusqu'apx modèles imposés

coûme

des éqFipements

pemettent

de

modilier

la

tension

distribution _{électrique [21]} .

La production _{indùpûielle de n}

qu'après une étude préliqninaire de étude a pour but de calculer les _di

Ia

section

de

la

culasse

_et

du

Pendant son fonctiofnpment

_l,

inévitables cet échauffernent est d,

L'élévation de la tempér4ture risqùe puissance. Pour minimisef les risques r€froidissement

_[4].

Le but de nohe tmv4it est de d

padies

d'un

transformatopr de puis

liwschitz. nous avons repris son toutes les ambiguites que

Jrouve

l,

Notre mémoirc se composp de quatre

Le premier expose dçs

transformateu$

de

puissqnces, d'utilisation, leur constitution, les realisation des bobinages...etc.

"

conçus par _{Lucien Calard aux alenloub}

les transformateurs de puissance se sont

les réseaux d'énergie altemative

car ils

dans toutes les parties

du

réseau de

dispositif _{électrique ne peut être effectuée}

.

Dans le cas des transformateurs cette

qui constituent ses parties actives tels que

it

magnétique

ainsi

que

la

section des primaires et secondaires.

L'obiectif

fi nal pertes fer

qui

onr un impacl direct sur le

différentes paxties du transformateu. est que la puissance de travail est grande. fonctionnement des transfomateurs de on a recourt à différentes techniques de

l'échâuffement dans les différentes

les mêmcs étapes propos€es

par M.

de le

simplilier

au maximun pour enle\,er lecture de ce grand ouwage.

on se focalisela surtout sur les

abordés

_{tels que leur}

_domaines

Dans le deuxième donner en détail la

seront utilisé€s dans

Dans

le

hoisième themiques, les sourc€s d

dans les différentes Darti

l'exposition des

nécessaires au

calcul

d'

quatrième chapitre est

partie dc notre

travail,

nous allons on va présenler toutes les formulations qui

les

différents

ttpes de

transferts Ia _{méthode de calcul de cet échauffemenl}

puissance. Ce chapitre s€ra clôture par le refroidissemenl des transformateurs.

liwschitz,

et

introduction

des

courbes

etl utilisant

le logiciel

Matlab

le Ésultats obtenus.

tr

Intmduction

Dars

ce

chapitre ûansformatours et sDéci

de fonçtionnement, sa le transformateur de

pui

cette partie nous allons générale et on va passer à la on va

sutout

s'intércsser à

chapihe,

Enfin,

nous transformateurs €t leurs

ur

de

puissance

recherche

trà

approfondie

sur

les On comrnencera par son principe

ilisation, Ensuire l'étude va se focaliser sur de nolre mémoire de

fin

d'étude. Dans

ication dans I'industrie, sa constitution ives (circuit magnétique et enroulement) panies pour pouvoir _{aborder le deuxième}

le

descdptioû

des différents t

_T,es de allons

qui

est qonstructi presenter domaine centre

d'i

s€s pafiles de ces

I.l.l

DéIinitioN

et coDstih+tion

Le

translormateur est un appareif elecEomal t€nsion (courant) _{altemativç primaire eir une autre} même fréquence et

d'arnlli$des

_{Sénéralfment différ}

d'utilisation _[ 1].

I.1

Généralités

sur

les

trunsfo

teurs

statique destiné

à

transformer une

ion

(courant) alternativ€ s€condaire de afin de l'adapter aux différents besoins

Un transformateur se c.pmpose d'uri

circuit

ue (en tôles d'acier) feùilleté, sur lequel

Ces

enroulements

sont

à

couplage , à couplage électrique [ 1].

est

dit

à deux,

trois

ou à plusieurs distingu€ les transformateurs monophasés

1o*':*

-'r:*

o:0"

hki

l'énergie du _{courant altematifest appelé} 'énergie est prélevée appelé effoùlemenr

toutes

les

grandeus

qui

se

; le courant, la Ésistanc€, etc., sont rapportent à l'enroulement secondaire sont

deux

ou

plusieurs enroqlenents

_stnt

bobinés électromagnetique et dans le cas particuller d'un _auto

L'enroulement connecle au rés€au à tension tension

(HT)

_i

l'enroulement] connecré ar.| réseau de

basse tension _@T). Si la tension secondai[e est

inféri

appelé transformateur abaissiur,

*

lolscfre cette ter

transfomateur est dit transfoïmateur élévFteur.

(

On appelle trarsformfteur à prise{ un transfor

prises spéciales permettant d{ varier le

raftort

de trar

élevée et appelé enroulement de haute inférieure est appelé enroulement de

à calle du primaire le transfomateur est est supédeure

à

la tension primaire le

dont les enroulements sont dotés des ion

)

_[ 1].

rq

ê

_Y

+

+

+

l{_{

_\+--l

4

Fieulre

I.l

: graphiqu€s

Parmi lÈs multiples

_qîlications

.

Électronique:

-

Alimentâtion à balrse tension.

-

Adaptation d'impfdance,

.

Électrotechnique

-

Transformation d$s niveaux ,

-

Alimentation à bafse tension

transformateur fait appel auxl lois de et de

.

Faraday

(

Une variation <lu chur]n

nasnétie

et

de

la

tension

appliqué{.

Ce

flux

proportionnelle au nombre

dt

spires du

induit

provoque la circulation du

coifant

En vertu de la loi d€ Faladay. 'un flux

d'

_{ion magnétique variable 0 circule} dans

le

circuit

magnétique,

il iirduit

dans

chacun

des proportionnelle dans le temps aux laux de

cet çntoulement.

Lorsque

le

primaire

eft alinené

une

I'amp

altemative,

il

circule

dans

le

circuit

magnétique un flux égaleme+

altematif

dépend du nombre de spires du primaire

, on note les domaines suivân1s

_[7].:

tensions le transport et _{la distribution de}

_l,âereie.

I.I.2

Principales

applicati{ns

).

dans ca parcours un cguant dont I+ glandeur _{fonction du taux de}

changement

_du

champ _{étique dont le}

_flux

_{s'oppose à la variation} sur les phénomènes _{d'induction. Le}

:

à

l'intérieur

d'un parcourus fermé induit

enroulements

une forcç

électromotrice o/dt) et au nombre de spires que comporte

I'enroulement

secondaite

une

tension fermeture du secondaire sur une charge

Ll.4

Intérêt

des

transformlteurs

Figù.e Dans Ia théorie élémeirtaire du padait, dans lequel ies resistfnces des

du bobinage secondairg nouf obænons

on

le considère comme étant un appareil es, les fuites magnétiques et la reluctance

primaiie et N2 le nombre de spires theorique _{[2] qui} est I

(r.l)

suivant

I'utilisation

; Dans ce cas on primaire, une

lmsion

secondaire dc mèmc

ition

d'adapter

les

nombres

de

spires

de

distributior !

C'est l'existence des isation planétaire de

la

distribution

de sont très économiques, et permetûeût de transport de l'énergie à longue distance phases),

puis

_{d'abaisser ensuilê cette}

on régionale

et

locale. jusqu'à

la

iension phase et neutre (380 V enûe phases) _[2]. grâce

à

une autoprctection, assurée par

(en amont du court-circuit),

qu'il

est Parmi les intérèts des

Adaptation

des

nivedur

de peut obtenir, à partir _{d'une tensi}

soùs t€nsion élevée

(

fois

-lension pour alim les d'alimentâtion qui est

.

Protection contre

frequence

mais

d'{plitude

sor primaires et secondailes au début.

: I'rincipe du Ûles sont spires du rapport de N2 N1 on peut cl hitrmoniq

itée.

à alûematif,

i

en assunmt 000

v

de

distli

iits

:

C'est cascade des cou abai Page 6

généralemenr urilisés

Fans des ou rm courant constârlt avec une

.

Autotraûsformateul

I

L'

de faible

puissance Iorsqu'une transforrnateur de

Il

se Dans ce type de primaire

et

la

sodie

traversée par le seconpaire car le daire courant alimentant le pzrcoun

point donné de

celui-ti

le seul du primaire alors que

l'aute

partie est traveNée par l€ courairts du

pri

re

mons

i

de secondaire

_;

la section du bobinags doit être adaptée à ces courants ques pour transfolmateur.

Le rapport enqe la tension entrée et la ion de sortie est identique à celui d'un

Transfolnâteur de puissance

possible. à j'enbée dps lo (le _{ne que dç}

petits disjonateuN compacts, qui

seraient incapables _{{e couper irtensité couft- cirçuit importante.}

.

Isolation des

différdnts

des

circui

_{i Les tfansformaleurs présenlenl égalemenl}

d'un grand réseau, _{Si un défaut se} prcduit,

du

réseau

y

compris

_enlre

_deux lelnent

i

le _{transitoirement ou definitivement. Ainsr,} I'ensemble du résea+ ne sem touché et _{localisation du défaut en ligne se révèle}

l'avantage d'isoler e4tre eux les

il

n'affedera

qu,unt tronçon transfonnateurs, tronpon éventu

également beaucoup _plus facile

_I

.

Transformsteur

de

contrôl€:

de _{puissance permet de faire transiter}

(AC)

depuis

la

cenùale

_de

production

minimum de pertes, à differents niveau\

du réseau qui permet le passage d,une convertisseur

AC/AC

à fréquence

fixe.

de commande

et

de contf(ile sont qui nécessitent une tension constante

genéralement utilisé dans les applications

le

est requise. C'est

un type

sperial

de

seul eûoul€ment.

particuli .

il n')

a pas _{d'isolarion élecnique .-ntre} te

La

con uence est qurune partie

du

bobinage est une partie de I'enroulement pdmaire. Le

primaire en _totalité et

urc

dérivati,tn à un

tansformâteur à enioqlements ire et isolés entre eux _[4].

protégeant

_des

_{éleo.trocutions par}

du

brui!

élecfique,

La

compo!,ante _{ue du courant est en effet bloquée par} un tlanslbrmateur.

Ce

tlpe

est, la{gement

utiliséi

dans les _{Iocs opératoires : chaque salle du bloc est} équipée de son propre translormgteur d'i5tr

n'affecte les auÎIes.

, pour éviter qu'un défaut dâns un bloc

.

Tramformateur

de

poteltiel

; Oe (TP) _baisse la _{tension d'un circuità une}

valeur faible, quipeut être efficacament et en _{sécurité utilisée pour le fonctionnement}

.

Transformateur

de

courânt:

Ce

l}?e

(TC) le courant d'un circuit à unç valeur

inférieure

il

est utiliFé dans les mêmes d'équipeûents que

le

transformateur de bobine secondaire constituée d,uo grand

potentiel, _{Cela se}

_fait

_par

_la

_{conçtnrction de}

nombre de spires de

_lil

autour de la bobine ire, qui _{ne contient que quelques spires} de

fiI.

De c€tte manièfe, les mesures des élevées de courant peuvent être obtenues.

L2

Transformateur

de puissance

I.2.1

DéIitrition

Selon la _{commission électrotechnique intemâti (CEI) la}

_définiton

_{d'un transformateur} de _{puissance est la suivante :}

(

_Appar€il

ltar:ique à emoulements ou plus qui, par

inluation

courant alternatif en un autre système de électromagnétique. lransforme un s) stèmç

oj

lenston

tension

et

courant de valeurÊ générâlenlenr di

à

la

même fiéquence, dans

le but

de transmettre la puissance électrique > _[3].

TraDsformateur d'isolemetrt

_:

_{C,e6t un}

entre son pdmaire

_et

_{son seço4daire,}

_Il

qui

ùee

une isolation g€tvaniquc à

assuer

la

sécurité d,une installation en

La

séparation galvanique

_pemret

_aussl

ce

qui

est utile pour

certains

appareils

que les voltrnètres, les wathnètres et les

d'éliminer

_une

partie électroniques sensibf es.

des instruments de mesure et de protection relais,

tmnsmise I|anspon différents I I j

:::

Figùr€ I.4 : sposition sur les

li

'énergi€ él

jusqu'

pù$sanae soufces pursque ce la distri celle de

l'

€@

le rcseau issent de

l'

la tension réseaux

I2.2

Contextes d On re,trouve _les ces _{applications, on a :}

I.2.2.1 Le reseau

électriq

L'énergie électrique travers un reseau électriqùe dilïérentes

_;

la production, ou plusicurs

Distribution

I.2J,l.a

La production

d'

L'énergie

électrique thermique, etc.) est mise à

élévateur de tensioû. les

kV. Pour minimiser l€s

rédute les coumnts qui tran

I.2.2,I.b

Le

tratrsport

d,

Le résçau

grands

centres oonsommateuN.

de transport

différents tlpes d'applications et parmi

utilisateurs, industriels ou domesliques, à

ier se compose de trois nouvelles parties

d'électricité, chaque _{partie necessite un} partie.

es

électriques (nucléaire, _hydraulique, transport à travers uD

trtûsformateur

ie à un niveau de tension de quelques

it

êtrc aussi élevée que possible, afin de

V

ou 220

kV.

Ia repartition de

l'électricité

depuis les

distribution

qui

sont

connectis

aux de

Le réseau de comporte

Ces hansfomat€urs _les

_di

_niveaux

I.2.2.1.c

_{La distributiotr}

La liaison entre le de distribution électriqùe. du reseau de transport _[3]. Dans cette paftie on di$hibution.

.

Transformateurs

.

Tmnsformateurs

ceniaines de

kVA)

et l'âdapter à un

uti

transfomateurs et _{ont tendance à} L2.2.2 Les applications

i

Les réseaùx

él€ctrique

et

disposgnt en principalement les

tans

des

_{transforlnateurs d'intercontrexion.}

tensions de tansport.

final est généralement _{assurée Dar le réseau} uu||r rcs _{renstons sont motnclres que celles}

abaisseurs _{et d'autres ûansformaûeus de}

remplacés lprsqu'ils son{ défaillants _[3].

s stâtiotr

éhctrique

I _Certaines de ces industries sonl alimentées

des _+ans formateufs

.

Transformateun

I'alimentation des

I'autre.

Transformateu

Is

ués I I]F sontpésen{s dans les locomotives des

trâiN

ou

métos

er adaptent l'énergie

tain.

Ce sont dos optimisé par rapport

d'inductances pour

filher

et

lissfr

la tension dans les iames- Enfin, ils sont principalemeût suivant la

forme

(CEI q0310, 2004) qui teur est spécifique.

Transformateurs

de

directement par Ie d€

tran+ort

haute tehsion 220

kV

ou 90

kV

et possèd€nt leur

forctionn4nt à

l'électriiité

_{sont d'importants utilisateurs d.'érergie}

général

_d]une

infrastrtrcture

propre

importante.

_Ils

exploitent purs de _{pulss{mce suivants :}

sous-statiqn

ferroyiairj€s

:

Ces appareils monophasés sewent à raires en

2{ kV

d'un côlé et sont connectés sur le réseau 220 kV de

smise paT les caténai&s aux moteurs et auxiliaires électriques du

s monophasés _{qui ont un encombrement mécanique exnËrnernent} ia puissancl qu'ils trans{rettent. Ils cornportent aussi plusieursjeux

propre poste de

aliment€r de ces

jusqu'à pl

d'installâtion

'ûtr tran

nombreux

teur

d

ique,

de çomposants de forme parties et général

Traasformateur!

d'électrolyse est de

délirer

d€ industriels. La Dui

I.2.3

Constitution

géûérale

En

plus

de

son

ù"nsformateur

dispose de indispensables comme un coûrme le changeur de pri

situésjusûe avant les fours ou les bassins de puissance Figure 1l-5). Leur sDécificité ieurs dizaines de

kA. pour

les processus

de _{plusieurs dizaines} de

_MVA.

: foù aliment'i en courant côntiru puissaùce

enroulements

et

de

son

isolation,

un

secondaires

figule (I-6).

C€rtâins

sont

ion

de I'huile d'autres ne

lg

sont pas

un trânsformateur de puissance

ique, ouvert vers

le

haut est utilisé

le sûockage

dhuil€).

servant à fermer un réciDient ou un

9'

:l

'g

'l

lhe)

I'igrre I.6 : Listê

pour le stockage de liquide

(

2. Couvercle : est un

embailage. lJ peur

_àre

3.

Conservateur:est

4. Indicateur de

ni

5. Relais Buchholz : de puissance _{à bain dhuile.} de proteÇtion sensible aux d'isolemenl) à I'intérieur de

6,

Tuyau d'huile.

7.

Changeur de

e[Jouant sur la valeur de

I'i

8,

Moteuréledrique

au

écipient

une chamière.

'huile Ie transfomateur.

ifde

monté sur les trurnsfoûlateurs et induclanc€s

élecrriques.

11,

Dôûe

avec trans

12. Traversée du élechiques sans risque de

13. _{Connexion du} 14. Dôme avec 15. Enroulements.

16. Noyaù magnétique

au _{travers duquel cirçule un} 17. Élément mécani lE.Conngxion du

sur ce type de systèmes comme

dispositif

qlll

se _{lors d'un défaut diélectrique (défaut}

ttâns de faire varier son

epport

de conversion

ses _{(au primaire ou au secondaire).}

pns€s. de

de

lier

les ements du transformatÊur aùx lignes

de

lier

les _{emoulements du transformateur aux lisncs} ent|e phases _{et la cùve du trâ.nsformat€ur.} 'extérieur.

à t'i

realise en matédau ferromagpétique

9.

Transmission lo.Travercée du

19. Robinet

dhuile.

20. Robinet d'air. On

fouve

aussi

sù

la

plaque les grandeurs courants composés à pui

ble ou réservoir

dhuile.

undisposi : permet changeur iqu€ du maintenant

lformateur ufe plague sigtalétique. On indique sur cette

:

_{la puissarice apparente, les tensions composfus, les}

la freguencd, le nombre de phases, le scherna, le mocle vic€ (côntinl ou tempomire) et le mode de refroidissement. de couplage, la tension de

Fisu 1.7 : _{Plaque ligûâtérique d.un Fansformaùeur de puissance}

I.2.4

La partie

active des

Le tBnsfodateur

composé

de

deux unités actives

:

le circuit

magnétique

et

les enroulements. En temes de

active )) signifie

Circuil

rrraer:étiqtre

L8 : Iæf dûùx uni#s acrives

d,ù

tmnsfornar€ur

I.2.4.1

Circuit

magnétique

Le

circuit

I'un des tés activeq dans un transformateur de puissance. _C'est

un ensemble fermé de matéri à haute _{pprmeabilité destiné} à foumir un chemin de

basse éluctance pour le

flux

constitué généralernent

d'un

i

lie _{les enroulernents primair€s 9t secondaires.}

_Il

_çst

composé

de

deux unités actives

:

le circuit

magnétique

et

les étieq dans l'industrie des fansformateurs, _{la dénomination}

(

partie

I'ensemblt du circuit magnétique et des effoulements (bobinages).

IUR

TRIPHASE

p6uÀî

ONAN//ONAF

_-

_Fréquence

ÏRAN

Refroi

FORMA

lot11x1,5Z.

appel aussi colonne et une culasse.

:1)"'

I.9 : Circuf nagnétique _{dtun transformareur de puissance}

I.2-4.1.a Types des On distingue deux

.

Type cuiralsé

:

Le côtés.

Figtlre I.l0 _| Cllcùir ûagnétique de _t?e cuirassé

Fieùre

l.l

I

I Circuir magnétiquË de rype à cotonne

L2.4.1.b

Noyaur

et culasses

transfofmateurs

Les parties du noyau lesquelles sort _{placés lçs enroulements sont} appelées _{colonnes et} les parties qui reunissent les et qui seNent à fermer le circuit magnétique sont appelées culasses. Les espaces entre colonnes et les culasses, paf lesquels _{passeft lesemoulements, sont}

Tdphasé

appelés lÊs fenêtres du noyau

Figure I.lZ : _{Noyau, cutasse et f€nêtre d,un transformat€ù}

I.2.4.1.c Formes des _{sections des noyaux et dqs culasses}

La section du noyau est _{adaptée, au*mt} que possible, â la tbrme circuraire des bobines.

ce

n'est _{que dans les petits transfonnateuts à noyaux que la}

section est exécutée selon

ute

folme

caxrée. Pour les

fansformateus

petit et mo:/enne puissance, _{on choisit pour le noyau la serctton en}

croix. Les sections des noyaùx reiâtivement grandes _{sont souvent exécutées en escaliers (gadins).} La section de la culasse est _{prcsque touj ours rectangulaire. euelque fois aux fins}

de oliminuer

Ia rcluctance et les pertes dans _{le fer, on la iàit de 15 à 30 % plus grande que celle du noyau}

I5l.

Figure I.13 : Différentes s€rxions des colonnes d€s transfonnateurs

I.2.4.1,d Types de matériaux

poùr

circuit

magnétique

Pour les circuits magnétiques des transformateurs on utilise dans le cas général des matériaux fer.omagnétiques doux (tôles d'acier au

silicium

_{ou des tôles à cristaux orientés). On réduit les}

pertes par hystérésis en

utilisart

des _{tôles ayant un faible poùrcentage de silicium (0.8 à 3.5%) ou}

en utilisant des tôles à grains orientées (trôles en silicium à _{faible teneur en}

carbone)-Les malérjaux constituant les circuits magnétiques doivent satisfâire trois conditions qui

sont;

Une réluctance faible, donc un

choi'

de _{rnatériaux magnétiques ayant une permriâbilité} élevée sous une forte induction. Aussi une saituation nulle et une résistivité élevée

t6l.

o(Do

Section

canée

Sêciion

Seçtion

en

ffoix

ên oradi léscaliêrs)

I.2.4.1.e Reâlisâtiotr _des

Les noyaux et les cu sont aux tôles plus minces

_'il

_est noyau des transformateurs _grande

de 0,35 rnm câr I'assemblage _en

Les noyaù{ peuvent

.

Pour

un

et relie€s par des

pi

oes emoutements _sut (r.14) _{t 11.}

.

Pour

utr

cette raison lors de la

l

réunis auF culasses soit bout à _{bout soit par enchevêtrement.}

bout À

boft

_I

_{Les colonnes et les culasses}

sont réunies séparément de

hxatioi.

_{Une telle construction du noyau facilite la}

mise en place

colonnel en effet

il

suffit

d'enlever _{la culasse supérieure, figure}

de tôles de 0,35 à 0,5 mm d,spaisseur. C,n rccoùn

d'avoir

de très faibles pertes

_[5].

_{En générale, le} rssance _{(plus de 100}

_kVA)

_se

_fait

_{en tôles d,acier de 0.5}

est plus

difficile

à réaliser _[ 1].

d€ I'enroulement sur la colonne

il

faut démonter la

ffi

blage d'unnoyau bour à boui

par

er|

ent:

Le _{noyau est assemblé entièrcmenr}

_:

_Dour

culasse supérieure et Pour réaliser rm assem

ise en p

tôles (-a- et

-b,

de la (r. r5)

avoir placé

l'emoùlemen!

la monter de nouveau [11.

d'un enchevêhé _; en alteme les deux types de couches de

d'un noyaV par €ncùevêtr€nent

si

Ia _{surface du noyau ne suffit pas}

à dissiper Ia _{chaleur, on subdivise Ie paquet de tôles par}

des canaux de refroidissement _[5].

Dans lss transformatpurs _{de moyerrne}

_et

_de

_gande

_puissance

on

utirise des canaux de reftoidissement _{longitudinqux}

_(1.16-6).

_{Dans les}

transformateurs de très grande purssance on

utilise aussi des canaux hansversaux (I.16_c), _{dans ce cas le noyau du}

_transfohateu

comDrcnd deux câdres séparés

_Il].

Êra--J

FigurêI.16 r Forme en gadins de lâ section.une cojo

b- arec cnaux longirudinau : c_ avec canaur tongitudinaux eL nanstersâu.

I.2.4.2 Enroulements (bobipages)

Les enroulements sont constifués de conducteurs.

lls

sont enroulés

âutou

des sections des noyaux des

circuits

magneliques.

Les

enroulements des

trunsôlmakurs

formcnr

une panre importante dans la constfuctipn du transfomlateur, car ils sont les principaux conducreurs poneurs

de coutant.

Celui

qui

est

relié

à la

sourcr: de tension

_€t

cree

le

flux

magnétique est appelé I'enroulement primaire et le spcond enroulement est appelé le secondaire, une tension est induite à ia suite de I'induction mutuelle.

Si Ia _{tension aux bomes de I'emoulement primaire est inférieure à celle de l,enroulement}

secondaire,

on

dit

que

L,enroulement

_{primaire est I'eûoulement}

_basse

_tension

_(BT)

_et

L'enroulement secondaire est _{l,€nroulement haute tension} (HT).

Enroulemeit

Figùre l.l7 : En{oul€ments pri4laite _{ei secondaire d'un tnnsformateur triphasé}

Les enroulements des _{tlansfolmalÊuis doivent satisfaire}

à plusieuls exigences, dont _{les Dlus}

imponantes sont _I

l].

.

L'enroulemcnt

_doit

_{être éconoqiqire}

en ce

qul

_{conceme les dépenses initiales en tenant}

compûe le prix _{du mgtériau}

_utili+

_{et le rendement du}

tansformateur.

r

Le régime thermiquP

doit

_{correlpondre aux exigences de la norme, car une æmperature}

trop élevée _{reduit nettement la vie du transformateur.}

L'enroulement doit iésister aux qontraintes naissantes _{lors d,un court_circuit brusque.}

L'enroulement

doit

présenter

_ta

_rigidite

_{diélectrique nécessaire}

_{pour suppoler}

res

suÛenslons.

Le choix du type de I'F[roulement et de celui des conducteurs est fait en _{tenant compte des}

couftmts

et

_{des tensions mesurés en}

_rplation

_{avec les valeurs d,essai exigées}

ainsi que

les contraintes thermiques et mqcaniques

prfvi

iibles.

I.2.4.2.â Dispositiotr des enfoulements

On distingue trois disppsitions priryipales des enroulements (bobiûes) sur les noyaux :

.

Enroulements codcpntriques

slmlple

:

pour

_{cette disposition, l,enrculemetrt}

_BT

enroulé

autour

de

lp

section

dfr

noyau,

purs

on

enroule

l,enroulement

_de

HT

l'emoul€ment de BT. On fait toul _ça après _{une isolation entre le noyau et l,enroulements} de BT, et entre cefte qemière et l,tnroulements de HT,

L'avantag€ majilur de l'€nrgulement corcentriquc est

qu,il

_{résiste énormément aux} effets des courânts _db

court-circfit,

mais les tensions de dispersions sont relativemeût est sur

Fibrru l.r8 : _{Enfoulements concentriques simptes}

.

Enroulements

conc+ntriques

_{oubles:

puisque

_les

_tensions

_de

_{dispersron sont}

relativement graûdes qans la precridente disposition, pour diminuet cette teûsion, on peut subdiviser l'€nroulemlnt de basse _{lension. Dans} ce cas Ia moitié du bobinage basse tension

Tûnsformâæù _de

est enroulée sur Ie

tr'uis on €ffoule le bobinage de haute tension et on I ,isole

et enfin, on t€rmine _{e moitié du bobi@ge d€}

basse tension.

Enroulements galettes et disposés contre le fer de la

I.2.4,2,b Constructiotr des Les enroulements sont quasiment toujours réalisés

de coût dans les

conducteurs élecûiques ce q mécanique des enrou sections de ces conducteurs

.

A sectiotr

circulaire

(

concentriques doubl€

)

| Les bobinages HT et BT sont réalisés sous forme de Dans cette disposition, les bobines (BT) _{sont disposées}

,.@"'."

alkmés (en galenes)

spires, elles-mânes constituées de conducteurs. Ils sont qu'on trouve également de I'aluminium pour des raisons puissance. Ces matériaux sont en effet d'excellents

cuiwe. Par ailleurs, afin d'amélioier la résl$ance argent peut être utilisé pour los realiser

_[8].

Les sous deux formes principales :

utilise du

fil

rond, en fonctionnement à haute tension conducteurs soût inferieures ou égâles à 4rnm2 _[5], et faible courant et si

A

section

rectângulâire

avæ angles conducteurs sont supérieures à 4mnl2,

Section Ci culaue

I

4

Figufe

_l.itl

_{: Bobines à fils ronds}

ârroDdis

(fils

méplats)

:

Lorsque les sections on fait usage des _{méplârs [5 ].}

des

Méplat

Ftture I.2jZ : bobines àfits néptal L2.4.2.c Contraint€s

s'appliquant

4ux enroulernents

.

Contraintes

mécaniques:

L;

courant circulant dans les bobines, combioe aux cnamps

magnétiques

_de

_fuite

qu,ellLes génèrent

induisent

des forces

de

Laprace

sur

res

enroulements. Ces forces

sont

proportionnelles

_au

_carré

_de

_{I'intensité parcourant les}

enroulements. Elles sont â lafoisradiales, elles écarted les enroulements les uns deri aùtres,

et axiales, elles compressent Ies enroulements _{figure (I.23) [g].}

l'isure I.23 | Les lorces axial€s €t.âitiales qu'ils _{sont apptiquées sur les enroutemenls} R.cl:rsùlanc a!È ûordis

l\',/

@

.

Contraintes

_thermiques:

_{Lors des courts_circuits en particulier,}

les conûalntes sur les enroulements ne _{sont pas seulemçnt mecaniques mais également}

_tiermiques.

La valeur importante

_du

_{coumnt circulant dans}

_ce

_{cas dans les}

emouLements condlrit

à

un fort

échauffement

_{par elret}

_Joure.

_Si

_la

_chaleur

_{induite par}

le

court-circuit conduit

à

un échauffement très important, I'enroulement peut fondre [91.

I.2,4.2.d Couplage des enroulements

Quel que soit

le

circuit

magnétique,

res

emouremgûts

primaires

_et

res

enrouremehts secondaires _{peuvent être couplés en étoile, en}

triangle ou, exc€ptionnellement, _{en ztgzag}

_l7l.

La désignation des _{çouplages s'efiectue par un groupe de deux lettres}

et _{un nombre, tel que :}

.

La première lettre en _{majuscule indique le côté HT,}

.

La deuxième lethe en _{minuscule iûdique le côté BT.}

.

Le chiffre indique I'indice _{horaire du couplage.}

Co'/plage FEigle (D)

Figure I.24 : Exemple d,un coùplage l1dl I

Comme nous l'avons _{déjà mentionné, les emoulements d,un transformateur sont çouplés}

de la façon suivante :

.

Au primaire les enroulements peuvent être connectés soit en étoile

(y)

soit en triangle (D),

n

r1.--J-rv-rt--4

s.

/!-

/-Y..Y-Y1.

_-.,

.

],

r

n--n.

_-.i,

1

-

--,,

Couphg€ élolle (Y)

Figure I.25 : Les ditl&ents couplages du primaire

.

Au

secondairc les _{enroulements peuvent être couplés}

de 3 manièrcs différentes : étoil€ (y), triangle (d) er zigzag (z).

-'l

Or'rr

aL_d

couprage éroite (O) _{couplage lriangte (y)}

Figurê L26 : _{Les différenrs couplâges du sec.ndaire}

On peut obûeni 6 couplages possibles _{ente primaire et secondaire}

I

l0].

Y-y

:

étoile-étoile

y_d _:

étoile_hiangle

_y-z

_i

étoile_zrgzag

D-y

: triangle-

étoile

D_d : biangle

_triangle

_{D-z I l|:iangle-zigzag} I.2.4.2.e Indice

ùoEire

L'indice _{ho.aire représente le déphasage entle la tension simple haute iension et la tension}

simple basse tension ou la HT étant _{prise comme référence. Cette indication permet de mettre en} parallèle des hansformateurs et éviter qu'ils ne se _{court_cilcuit€nt entre eux.}

I.2.4.2.f

Choix

du couplagc

Le choix du couplage _{repose sur} plusieu$ critères :

.

La charge nécessite la presence du neutre (par exemple réseau BT). _{Le secondaire doit être}

connecté soit en étoile soit en zigzag.

.

Le fonctionnement es1 désEùilibré (ooùant _{de déséquilibre dans le neutle est}

supérieùr au courant nominal), le secondaire doit être couplé

et

zigzag.

.

Coté haute tension on a interêt à _{choisir le couplage étoile (moins de spire à utiliser).}

.

Potll les fofts courants, on préfère le couplage triangle.

I.2.5

Isolation

L'isolation

des parties actives d,un transformateur de puissance est nécessaùe,

alin

ale

réduire les différentes contrainles, qui influent négativement sur le bon fonctionnement et la durée de vie de ces machines,

Généralement l'isolation dans un transformaleur de puissance est prévue : Couprag€ zig-zag

.

Enfte spires et couches d,un enroulement.

.

Enhe les divers enroulgments.

.

Entre chaque enroulement et le circuit magnétique.

Le système d'isolation sert à isoler les _{parties actives du transfornateur (bobrnage,}

circuit magnétique, etc.) et à assurer la fonction de refroidissement.

_Il

est constitué d.une Partie solide et d'unç partie liqujde _{Ouile). Comme suit :}

.

Isolation

solide :

Elle

est _{constituée de papiers et de cartons. Le papier selt à l,isolation} des eNoulements

et

le

ca(on

serl

à

l,isolation

entre

les

enroulements,

et ertre

les enroulements

€t

le noyau. papiers et cartons sont imprégnés par

le

diélectrique liquide (huile)

_afin

_d'augmenter

_{leur rigidité}

_{diélectrique,}

donc réduire

le

risque de déchargçs partielles

_I

_l].

Lors de l,utilisation des fils ronds, on dispose toujours de plusieus spires par couche,

I'isolâtion entre couches des bobines intérieures est en papier de 0,1 _{mm d,épaisseu. Dans} les transformateurs

_travaillaff

_{à des 6000V et plus, les}

spires d,entrées sont munies d,une isolation renforcée, afin d'assurer une _{protection contre les surtensions}

_[2].

_{L, augmentation}

d'épaisseur

due

à

I'isolation

et

I'augnentation bilatérale

cl'épaisseur

sont

dotrnées succéssivement par les tableaux

(I.l)

et (I.2) dans l,annexe

(A).

Figùre L27 : Isolation entle couches des _{bobines intérieù.es en fil rond}

Isolation

liquide:

L'huile

assure l'évacuation de

Ia

chaleur produite par les pertes au niveau des enroulements, du

circuit

magnétique

et

de!; isolants, vers

lçs

dispositifs de refroidissement (râdiateurs extemes).

Il

ralentit I'oxydadon (la dégadation) de l,isolation

solide.

Aussi

I'huile

isole électriquement les éléments de

la

partie active.

À

ces hois

principales fonctions,

il

faut ajouter ia fonction de résistance à l,incandie

_{[l l].}

On utilise aussi le vernis pour assurer l'isolation des conducteurs.

ff;"il:'*'

l*j::i"jrl:*

Figure I.28 | holârions solide er tiquide

Ir.6

Typ€s des tratrsformateurs _{de puissance}

Selon

la

forme de

circuit

magnétique,

on

distingue deux ûechnologies principales des tansformateurs de puissarce et qui sont :

I.2.6.1

Transformateurs

à colottres (à troyaux)

Dans ces types de _{transformateurs les enroulements entourert le cirouit magnétique. Selon} les applications on peut trouver des _{hansformateurs monophasés ou hiphasés.}

r

Pour

les transformateurs monophasés

à

noyaux

les

enroulements

_sont

généralement superposés, et soigneusement isolés

l,un

d€ l,autre. Comme le circuit magnétique est à

deux noyaux (deux colonnes). On monte à chaque noyau la moitié des bobinages

prrmale

et s€condaire [21.

-a-

-b-rigur€ L29 : Trânsformateur monophasé à noyau

.

Pour

les

tansfomateurs

triphasés

de

meme

type

les

enroulements des

trois

phases, primaires et secondaires sont dispos€s sur les ûois colonnes. Ce

q?e

de circuit magnétique est dit à

flux

forcé.

Si

le déséquilibre est impodant, on

utilise

les Aansformateurs à quahe ou

à

cinq colonnes, dont trois sont bobin€€s, lçs autrcs s€rv€s au rctour de

flux

_[12].

-b-Figure t30 : _{Tmûsfonnâteù tripbrsé à colonne}

I.2.6.2 Transformateurs cuir&ssés

Les

ûansformaleuls soDt

dits

cùirassés _{lorsque leurs}

_{eûoulemenls sont}

_complàement entourés _{par le fer (le circuit magnétique), dans ce cas les bobines}

sont montées autorll des noyaux centraux (colonnes centrales) ou le

flux

engendlt s€ referme et passe à travers les culasses et le noyau de retour _[2].

Ces transformateurs sont utilisés _{au s€in d9s reseaux de transport €t de répartition ou les}

suftensions transitoires sont

ftéquentes. pour

cela on

utilise

des écrans electrostatiques pour

réduirc les containtes _{liées aux champ électrique dans les bobinages. Ces écrâns électrostâtiques}

sont des feuilles métâlliques à haute Ésistivite _{et de faible épaisseur, elles sont insérées entle les}

feulles isolantes des bobines haute tension.

Il

existe des transfomateurs cuirassés _{monophasés ou hiphases.}

.

Dans

le

cas

d'un tonsfomateur

monophase cuirassé,

les

enroulements

primaire

et secondaire sont enroulées sur la même colonne

centale,

_{cette demière est deux}

_fois

_la

sudace en coupe tmnsversale des deux colonnes extérieures.

Figure

I.Jl

: Transformal€ù _{monophasé cuimssé}

.

_{PouI le tansformat€ur triphasé de même}

_r$e,

sa constitution est analogue à celle des trois

transformateus monophasés superyosés _{verticalement.}

Figùrr I32 : Transformateur triphasé qrinssé I.3 ProtectioD des

traûsformsieurs

_{conlre les}

_surlersions

Depuis la conshuction des premières lignes à haute tension Ie _{problème de protection des}

fansformate[s

contre les surûensions _{présentait un iûtér€t exceplionnel. Cas protections peuvent} êtres intérieures ou extérieures. _{fæs mesures de protections}

_ifiemçs

_{sont le rcnforcement adéquat} de l'isolation des bobines drentrée et d'exkémité, _{où peuvent appâraître les plus}

$ands gradients

de tension.

Les mesures de protections €xtérieures _{ont pour but d,atténuer l,onde}

_qri

_{axdve dans Ie}

transfomateu

en diminuant son _{amplitude et en la r€ndant moins raide, au moyen d,éléments} capables d'absorber une grande partie de _{l,energie hansportée par la surtension en l,écoulant vers} la tene

n3l.

ra

a1

tr-

l-l

L4 el

@a

@a

Page 26

Conclusion

D'après ce qu€ _{nous venons de voir on peut conclure}

les points suivants :

.

Les transformateùs _{de puirisance sont indispensablgs dans les applications}

ihdustrielles et dans le tranlipo.t de l,énergie électrique. Confalrement au,x

transformateurs

_de

_petites

_puissances,

_{en plus}

_des

_pafiles

actives,

le transformateur de _{puissance doit contenir plusieurs autres accessolres.}

.

La construction du circuit _{rnagnétique (section du noyau et culasse) dépend} de la puissance du transformateur. L,utilisation de tôles à grains orientées est nécessaire _{pour diminuer les pertes fer.}

o

Le

choix

de Ia disposition _{des eûroulemr"nts (en galette, concentique ou}

concentrique double) dépend des eJTets des coura ts de court-circuit _et des tensions de _{dispersion. On} a pu constater aussi que pour les courants forts

il

làut utiliser les fils en mépla1 qui sonr plus résistanr,

.

L'isolation

des parties actives est _{une démarche incontoumable pour le bon} fonctionnemeû1 des transfonmateurs.

_En

_{effgt, elle permet de diminuer les} effets nuisibles de l,échauff€rment.

.

Il

faut protéger ies transformi eurs contre les surtensions par des mesurcs de

prot€ctions intérieurs (renforcement des bobines d,entrée et d,extrémité) et extérieurs (écoulement _{de l,étergie transportée par la surtension vers}

la terre) Toutes les informations qui ont étê données dans ce _{chapitre nous seront d,une tres $ande}

utilité dans la suite du mémoire.

wfrc

If

'ewnl

_d'wn

!E!!ig!4€ment

djun tnnsfonhateur _de

Chapitre

II

_:

_{Dimansionnennent}

_d,un

_{transformateur}

de

puissance

Introduction

:

Cette

_{partie est}

_consaçrée

_à

_la

_{présentation}

_d€s

_difiérentes

étapes

de

calcul

d,un

transformaûeur de puissanae. Touûes

lçs

lois

utilisées dans

ce

_{chapitre sont retirées}

_de

_la

référence

_[5].

La

procédure de

calcul

sera divisée en

trois

étapes.

On

commencela

par

le dimensionnement des _{parties actives, enliuite les pertes et}

enfin quelques g.andeurs éleçtriques. On se base dans ce chÊpitrÊ sur les travaux de Ia reférence

I5l.

llllqsioûnement d'un _{transformateur de}

II.l

Procédure de dimensiontr€ment

ILl.l

Calcul de ta section

du

noyau

Lâ section du noyau est ealculée à partir de l,équarion

_[5]

:

|

_""t*

sFe

₌

c.I.to-l

_-1a:ï6

_(Ir.l)

-

C:

Constant obtenue du tsbleau (U.l),Ànnexe

_(A).

-

Ps : Puissance _{apparente du}

_tan$fomateur

-

_/

: Densite de courant dans les _{deux emoulements, pour un calcul}

_{péliminairc [5];}

I

=

3,t.1106

_[Nm2l

-

.8 : l'induction dans le fer, elle est égale à 1,4 T.

-

_/

: Frequence de fonctionnement

-

P"r, ; Penes dans le

cuiwe

.

PFe : Pertes dans le

fer

Pour un calcul préliminaire, les pertes daLns le cuiwe et dans le fer soût calculées

conme

suit _[5];

1,6,

₌

pçnps

_el.2)

),p"

₌

pp"*ps

0I.3)

Les _{pertçs ;} Pclt% et PFe% sont retirés des figures (I1.5) et

(II.e,

dans l,annexe

(A).

Le &pport des pertes (ap) _,est donné _{par [5j} :

4P ==

Pcu

Les pefies specifiqu€s dans le

cuirrl(

p6,,) sont donnés par _[5]: Pcu

=

2l-7 . _{10-12 J2}

Les pertes spéoifiques dans le fer (pFé) sont donnés par _[5] :

Pr" =

K*P|"B2

-

PÉe : Désigne le

(

chiffie

> de perte.

(rr.4)

(rr.5)

(n-6)

Pjggllqùnoment q,un transformateûr de

-

I(us: est un fact€ur

qui

tient _{compte de l,augmentation des pertes dans}

le

fer

dues à L'usinage.

La section totale (brute) du noyau est _{calculéc comme suit}

[5]:

-

ky : Coeflicienl de remplissage

IL1.2

Calcul de la largeur et la

hauteur

de la culesse

Pour une culasse de section rectangulai€, sa _{largeur est déterminee par la forme de la} s€ction du noyau figure

(ILl),

(rr.7)

(rr.e) Figure

lt.l

: S€ction du noyau ôr tmnsôrmat€ur _{triphasé de 5 000 kVA}

[5].

La largeur de la cùlasse est donnée par

_[5]:

bj

_=,

(W

lei

+

n*

tc)

-

npa i Nombre d'un paquet élémedaire de tôles de noyau.

-

_Ç.

: Largeur maximale d'un paqùet élémentâire de tôles de noyau en _[mm].

-

n",

: Nombre de canaux de refioidissement.

-

lcr

i Latggut da canaux de refroidjssement gn _[mm],

Ainsi,

la hauteur de la culasse vaut | 5] :

h,

=

s'1"

II.1.3

Calcul du nombre de spires et de la section ale I'enroulement

primaire

Le nombre de spire de l'emoulement primaire nécessaire par colonne est

_[5]:

(rr.8)

!i$!$g!4êmenr

dlun _{transformâteur de}

444

_f6

(II. r 0)

y1 _{: Tension dans l,eûoulement}

primaire.

6

: le

flux

dans le circuit magnétique est calculé par

_[5]:

ù=Bsr"

La section des conduoteurs de l,enroulement primaire _{est donnée par}

_[5];

s".,=î

_Gr.l2)

-

_L

: Le courant dans l,enroulement prirnaire, à la puissance _{nominalg vaut}

[5]:

-t

_3Vr

(rr.r3)

ILl.4

Calcul de la haùteur et la largeur de la fenêtre

Les dimensionne de la fenêhe d,un hansformateur sont présentées par la figure cr_coffre :

b

ï,

ï%'-..

i

Figure

IL

: Les dnnensionne d€ _{la fenêtre d,un rrânsformateur a noyau}

[5].

La hauteur de la fenetre est donnée par

_[5]:

,""

_-

---1--

_(rr.l5)

-

A : la densite linéaire du courânt dans I'enroulement primaire en _{[ÀJm], on} le

tire

du graphe de la figure

(IV.l2)

dans le chapitre

(IV).

La largeur de la fenêh€ est donnée pour chaque g/pe de _{trânsformateuN comme suit :}

o

Pour le type noyau _[5]:

b,

_=a

Nt'ors"o'

(II.1])

(rr.r6)

:Ëry*Ææ

pll{glnemenr

_{dlun harsformareur de}

.

Pour le t),pe cuirassé _[5]:

b"

_=2N'"ors"ot

_(rr.l7)

-

K.cu : le facteur de _{remplissage du cuirre, on le}

_tire

_{Cu graphe}

de la figure

(tv.ls)

dans le chapihe

(tV).

Il1.5

Calc[l

de la masse totale du

fer

et du

cuivre

La masse totale du fer est donnée _{par l'équation suivantÊ}

[5]:

mc",.,

₌

3

p6u2N4.,S6o,Iru

_(n.re)

p6, : La masse _{spécilique du cuivre est}

_[5]:

ecu

=

8,9. 103fK g

_/m3l

l.rr

: l,a longueur moyeme de la spire. pour un premier projet on peut calouler, avec une exactitude suffisante, la longueur moyenne d,une spire comme suit :

.

Pour le type à noyau avec section en croit

_[5]:

mFa"t

₌

_QFe sFe (3

hn+

4+

₊

_{6 bn)}

-

àn : Laryeur du noyau figure

(II.l).

-

(,Fe : La masse _{spécifique (moyenne) des masses de l.er}

[5];

pe" = 7 _,6. 103 _IK g

_/m3].

Pour un calcul préliminaire, la masse totale du cuiwe vaut

_[5]:

tc, = E(b, +

U2)

.

Pour le t)?e à _{noyau avec section rectangulaire}

_l5]:

tcu=2(bn+1,rsh+ïbr)

.

Pow le type cuirassé

_[5]:

(rr.l8)

(rr.20)

(rr.2l)

u.22)

-

l,

: Epaisseur du noyau. Ic,t

₌

2(bn

+

1,75 ln

+

!;b)

Page 32

Dimensiomemenrd un trùsformateur de

q, 2

tj

2

Figur€ IL3 ; Les din€nsioùe de ta fenêtre d,ùr rrÀrsformsteur cuirass: _[5].

II.1.6

Cotrtrôle des pertes

Les pertes dans Ie 1èr sont données par

_[5]

:

pFe

₌

_pFemFerot Les penes dans le cuiw€ sont données pax

_[5]:

pcu

_{= pcumcu*,}

Les pertes totales dans le

transômateur,

seront _[5] :

(rr.23)

(\.24)

4,=PFe+Pcu

(I.2s)

Ici, on est anivé àl'étape laplus importante dans notre calcul, il est nécessaire d,eflèctuer un test de

vâification

dans lequel, on compare les pertes calculées paf les équations (11.23) et

(II.24) avec celles supposees préliminairement équations

(II.il)

et

(II.3).

Si, les pertes se rapprochent on

utilise

les _{mémes résultats obtenus pour continuer le} calcul.

Sinon, on refait le calcul en efectuant des conections pour :

r

Les valeurs des densités de courants qu'on a utilises dans le calcul préliminaire.

o

Les dimensions de quelques parties du transfomateur _{(hauteur et largeur de la}

fenêhe, hauteur de la cùlasse

...

etc).

II.1.7

Calcul des dimensions des enroulemetrts

La hauteu (bôo) à disposition pour les enroulernents e$ donnée par

_[j]:

q$9llionnement _{d'un transformatÊùr de}

b6o=hn_2d."p"

_(11.26)

-

derc : la distalce enhe _{I'enroulement et le fer de la culasse en}

[mm], donnée par Ia figure (II.3) dans l'annexe

(A).

Le nombre de spire (1V2"o,) _{nécessaire au secondaire vaut}

[5]

:

tt =p,

.v,

''2"or

-

Y2 : Tersion au secondaire en

_[V].

Le courant (12) _{dans l,emoulement secondaire est donné par}

[5]:

L=L

_{- 3vz}

_$1.28)

Les densités des _{courant dans les deux enroulements sont calculées selon les équations} sutvanles :

.

Pour l'enroulement _{primaire [5]:}

(rr.29)

.

Pour l'enroulement secondaire

_[5]:

(rr.27)

(rr.30)

-

a : Nombre de groupe de bobines qùi sont disposee en parallèles.

Les bobines dans les tansformateurs cuirassés sont disposées dans des groupes en parallèle, on appelle les bobines qui sont proches de la culasse les bobines de tête et celles oui

se trouvent au milieu les _{bobines intérieures [5]} .

Dans

I'enroulement alteme,

et

habituellement dans

celui

à

haute

tension

de

type concentrique, on utilise des bobines à plusieurs couches (demi-bobines)

_qui

_{sont subdivisées}

normalement en deux bobines partielles. Ces demières sont separees l,une de l,autre par un isolant d'épaisseur proportionnelle à la tension des bobines _[5].

plggryiornem€nt _{d'un rrâDsfomareur de}

Figurê Il.4 I Bobine €n méptar à rure couche _[5].

:!9r!

2

bcot

z

Figure ILS : _{Bobine en méplat à deùx coùches [5].}

La

largeu

de la bobine €st doûnée par _[5] :

h6o

₌

n""

n7" (h"o

+ 6)

_Gr.31)

-

æcc : Nombre de _{conducteurs contigus dans la bobine.}

-

nt.

: Nombre d€

lils

_{par çonducteur.}

-

À",

: Épaisseur du

fil

nu _[mm].

-

ô:

Epaisseur totale de I'isolation _{en [rnm], elle} est donnée par

_[5]:

6

₌

jce+a.eic

Q.32)

-

_Le :

Lejeu

entre les conducteurs de _{l,enroulement en [mml.}

-

q.eic: L'augnentalion d'épaiss€ur due à l,isolation du conducteur en _{[mm]. Elle} est donnee par la frgure (W.2) dans le chapihe

(IV)..

La hauteur des bobines intérieùres et bobines de têtes est donnée par

_[5]:

b[" =

[2

(b"" +

6)

+

ea]

(rr.33)

-

à"o : _{Largeur du conducteur nu en [mm].}

-

ea6 : Épaisseur entre l€s demi-bobines en _[mm].

-

à"ou : Épaisseur du

fiI,

avec isolation comprise, en _[mm], elle est donne€ par

_[5]: