Tp transformateur monophasé analyse plaque signalétique et e
Télécharger PDFÉcole Supérieure de Technologie - FES 1°GE TP N°3 : Transformateur Monophasé
1. But
Ce TP sur le transformateur monophasé a pour objectif : - L’étude de la plaque signalétique et les informations qu’elle fournit. - La mesure des résistances des deux enroulements. - L’essai à vide pour déterminer le rapport de transformation et les pertes fer. - L’étude du transformateur en charge.
2. Identification du Transformateur
Noter les données relevées sur la plaque signalétique du transformateur pour en déduire : - La fréquence de travail. - La valeur théorique du rapport de transformation (noté m). - La puissance apparente. - Les courants nominaux primaires et secondaires (I1n et I2n).
3. Mesure des Résistances des Bobinages
a. Pourquoi utiliser une alimentation continue ? L’alimentation continue permet d’éviter les effets des inductances propres aux enroulements, qui fausseraient les mesures en régime alternatif. b. Nature de la résistance des bobinages Les résistances des bobinages sont généralement petites, car elles sont constituées de fils de cuivre de faible section. c. Schéma du montage Brancher un ampèremètre en série avec l’enroulement à mesurer, puis une résistance de protection. Placer un voltmètre en parallèle avec l’enroulement pour mesurer la tension U aux bornes et le courant I dans le circuit. d. Mesures au primaire Relever les valeurs de U et I trois fois et calculer la valeur moyenne de R1 = U/I. e. Mesures au secondaire Répéter la même manipulation pour l’enroulement secondaire et calculer R2. f. Résistance ramenée au secondaire La résistance du transformateur ramenée au secondaire est R1’ = R1 × m², où m est le rapport de transformation.
4. Essai à Vide
a. Ordre des appareils de mesure Placer l’ampèremètre en série avec le primaire pour mesurer I1v, puis le voltmètre en parallèle avec l’enroulement primaire pour U1 et avec le secondaire pour U2v. b. Justification du choix En essai à vide, U1v = U1n et i1v correspond aux pertes fer, donc petit. L’impédance du transformateur est élevée, ce qui minimise les erreurs de mesure. c. Tension initiale La tension doit être progressivement augmentée à partir de 0 V. d. Mesures Pour 10 valeurs de U1 entre 50 V et 230 V, relever U1, U2v, I1v et P10. e. Exploitation des mesures - Tracer U2v = f(U1) pour déterminer le rapport de transformation mesuré. - Calculer les pertes Joule PJ = 3 × I1² × R1 et comparer avec P10. - P10 mesure les pertes fer (proportionnelles à U1²). - Tracer P10 = f(U1²) et en déduire P10 = K × U1². - Les pertes fer sont modélisées par une résistance et une inductance en parallèle. - Tracer Q10 = f(U1²) et en déduire Q10 = K’ × U1² pour déterminer la réactance.
5. Essai en Court-Circuit sous Tension Réduite
a. Précautions initiales La tension doit être nulle au départ. b. Régulation de la tension Augmenter progressivement U1 jusqu’à obtenir I2cc = 5 A, sans dépasser cette valeur. c. Mesures Relever U1cc, I1cc, I2cc et P1cc pour I2cc = 5 A, 4 A, 3 A, 2 A et 1 A. d. Exploitation des mesures - Calculer les pertes fer (négligeables devant P1cc). - P2 = U2 × I2 (puissance restituée au secondaire). - P1cc mesure les pertes Joule (cuivre). - Tracer P1cc = f(I1cc²) et P1cc = f(I2cc²) pour établir les relations : P1cc = R1 × I1cc² et P1cc = R2’ × I2cc², où R2’ = R2 / m². - Schéma équivalent du transformateur : résistance primaire R1, résistance secondaire R2, inductance de fuite Lf. - Hypothèse de Kapp : les fuites magnétiques sont négligeables, simplifiant le modèle équivalent. - Schéma équivalent simplifié : résistance Rs = R1 + R2’ et réactance Xs = Ls × ω.
6. Essai en Charge sur Charge Résistive (cosφ = 1)
a. Chute de tension en charge ΔU2 = U2v – U2 (formule théorique approchée). b. Calcul de U2 théorique Utiliser les valeurs trouvées précédemment pour estimer U2. c. Puissance au secondaire P2 = U2 × I2 × cosφ. d. Pertes Joule (ou cuivre) PJ = 3 × I2² × R2’. e. Pertes fer Pfer = K × U1² (valeur mesurée lors de l’essai à vide). f. Utilisation des grandeurs Ces valeurs permettent de déterminer le rendement et de valider les hypothèses du modèle équivalent. g. Diagramme des puissances Représenter P1, P2, PJ et Pfer. h. Rendement théorique η = P2 / (P2 + PJ + Pfer). i. Mesures pratiques - Régler U1 = 230 V et ajuster Rh1 pour obtenir I2 = 5 A. - Relever U1, U2, I1, I2, P1 et P2. - Calculer I2/I1 (doit correspondre à m). - Mesurer ΔU2 = U2v – U2 et η = P2 / P1. - Comparer avec les valeurs théoriques.
FAQ
1. Pourquoi les pertes fer sont-elles négligeables en court-circuit ?
En court-circuit, la tension U1cc est très faible (quelques volts), ce qui rend les pertes fer (proportionnelles à U1²) quasi nulles devant les pertes Joule dominantes.
2. Que représente le rapport I2/I1 dans un transformateur ?
Le rapport I2/I1 correspond au rapport de transformation inverse (m = U1/U2 = I2/I1), validant la relation entre courants et tensions.
3. Comment exploiter la courbe P10 = f(U1²) pour déterminer les pertes fer ?
La pente de la droite P10 = K × U1² donne la valeur de K, qui permet de calculer les pertes fer nominales : Pfer = K × U1n².