Présentation Le transformateur est constitué d’une carcasse métallique qui va canaliser les lignes de champs magnétiques sur laquelle sont enroulés des spires de fil. II.1.
Vp
Vs
Figure 1 Voici deux représentations schématiques d’un transformateur: Ip
Is
Vp
Ip
Vs np
ns
Is
Vp np
Vs ns
Figure 2 Essai à vide (Circuit ouvert Z infinie) Vs n s = =k Vp n p On a alors la relation d’où Vs = k.Vp II.2.
Essai en charge sous tension nominale. On appelle tension nominale la tension normale d’utilisation. II.3.
Relation entre les intensités Is n p 1 = = Ip ns k On peut écrire : II.4.
Rendement On appelle rendement du transformateur : Puisance_secondaire Ps Ps = = η= Puissance_primaire Pp P0 +Ps +Pcui Avec Pp puissance fournie par le primaire, Ps puissance active consommée par le secondaire, P0 puissance consommée à vide et Pcui puissance active consommée par effet joule. Pcui =rp Ip 2 +rs Is 2 = R s .Is 2 II.5.
TP 2 : Le transformateur monophasé
III.
Manipulations
III.1.
Matériel disponible Alternostat : Permet de faire varier la tension Ne pas se fier aux indications qui sont trop imprécises Utiliser la pince pour mesurer la tension
Image 1 : Alternostat Transformateur :Les bornes sont reliées au primaire et au secondaire
Image 2 : Transformateur Lampe de 24V..ne pas la connecter sous 230V !!
Image 3 : Lampe
TP 2 : Le transformateur monophasé III.2.
Essais à vide (circuit secondaire ouvert) :Pas de lampes connectées.
Vp=160 V
Vs
Figure 3
Image 4
La figure ci-dessus montre comment mesurer Vs On fera les mesures nécessaires pour remplir le tableau ci-dessous : (Attention, ne pas se fier à l’indication de tension donnée par l’alternostat : On mesurera aussi Vp avec la pince.) VP [V]
140
160
180
200
Vs [V] V s/Vp Comparer les rapports Vs /Vp à n s/np = k
Essais sous tension nominale V p =160V Le secondaire est chargé par une lampe de 24V/40W. III.3.
Vp
Vs
Figure 4 Image 5
220
240
TP 2 : Le transformateur monophasé
Recopier et compléter le tableau suivant : Ip (A)
Comparer III.4.
I p I S
Is (A)
Ip /Is
VS
100(kVp − V 's ) kVp
au rapport de transformation. Conclusion ?
Mesures des puissances Mesure de Ps, puissance active consommée par la lampe de 40W (VP=160 V)
III.4.a.
Vp
V’s
Image 6
Figure 5
2
160 (On doit retrouver une puissance de l’ordre de 40x puisque la puissance décroît 230 comme le carré de la tension..mais la valeur de la résistance du filament dépend aussi de la tension !!) Ps [W] Mesure de P0 puissance consommée dans le fer ou puissance à vide (V P=160 V)
III.4.b.
Vp
V’s
Figure 6 Ne pas hésiter à faire plusieurs tours de fil dans la pince.
Image 7
TP 2 : Le transformateur monophasé
P0 [W] III.4.c.
Mesure de Pcui , puissance dissipée dans le cuivre ou puissance dissipée par effet joule
Le transformateur étant hors tension, tous les fils déconnectés, mesurer à l’ohmmètre les résistances rp du primaire et rs du secondaire.
Image 8 : Mesure de Rp
Image 9 : Mesure de Rs
On en déduit Pcui par la relation : Pcui=rpIp2+rsIs2 Pcui [W] III.4.d.
Mesure de Pp puissance consommée par le primaire (V P=160 V)
Vp
Vs
Figure 7
Image 10 Pp [W]
TP 2 : Le transformateur monophasé
Calcul du rendement Recopier et compléter le tableau suivant : III.5.
Ps
III.5.a.
Po
Pcui
PP
η1
η2
η1 : rendement obtenu par la méthode directe : η1 =
Ps Ppmesuré
η1
III.5.b.
η2 : rendement obtenu par la méthode des pertes séparées : η2 =
Ps Ppcalculée
=
Ps P0 +Pcui +Ps
η2
III.6.
Détermination des caractéristiques d’un transformateur monophasé
III.6.a.
Diagramme du transformateur (Diagramme de Kapp)
Dans un essai en charge, on note que la tension Vs du secondaire est toujours inférieure à celle mesurée à vide. Ceci est dû à la chute de tension à l'intérieur du transformateur. VS
np Vp
Rs k.Vp
k
Lsω
Vs Charge quelconque dont le cos ϕ est connu
Figure 8 Si on appelle Xs=Lsω la réactance ramenée au secondaire et Rs la résistance ramenée au secondaire, on obtient le diagramme suivant :
TP 2 : Le transformateur monophasé
Vs k.Vp ϕ
RsIs Xs.Is
∆V
Origine des phases
Figure 9 ϕ représente le déphasage entre le courant et la tension de la charge du transformateur.
Manipulation :
III.6.b.
III.6.b.1
Détermination de Rs.
Il suffit de calculer R s = k 2 .rp + rs III.6.b.2 Détermination de Lsω : essai en court-circuit (circuit secondaire fermé sur Z=0) (Attention ramener la tension à 0 avant toute manipulation) !!!) Ip
Is
Vs=0V
Vpcc
np
Court circuit Attention
ns
Figure 10 Image 11 A ce moment le diagramme précédent devient : Rs Is
Xs Is
∆V = kV cc ϕ=0
Figure 11 On fait varier Vp jusqu’à obtenir au secondaire l’intensité désirée. Il est alors facile en utilisant le théorème de Pythagore de déterminer Lsω. V n On a alors : pcc = p ∆V n s Ramener la tension à 0V Court circuiter le secondaire et mettre la pince dans le court circuit.(cf Figure 10 et Image 11)
TP 2 : Le transformateur monophasé
Monter lentement la tension pour ajuster le courant Iscc au courant qui traversait la lampe P 40 W = 1,6 A ) (Soit I = = V 24 Dans tous les cas ne jamais dépasser Vp=30V !! Mesurer à ce moment la tension au primaire Vpcc . 2
2
En déduire la valeur de Ls.ω sachant que ( k.Vpcc ) = ( Lsω.Iscc ) + ( R S .Iscc ) (cf Figure 11)
2
Tracer le diagramme du transformateur dans la cas de la lampe ( cosφ = 0) pour une tension Vp=160V (cf Figure 9)
