Le principe de fonctionnement et le dispositif des transformateurs triphasés

Le courant triphasé peut être transformé par trois transformateurs monophasés complètement séparés. Dans ce cas, les enroulements des trois phases ne sont pas connectés magnétiquement les uns aux autres : chaque phase possède son propre circuit magnétique. Mais le même courant triphasé peut être transformé avec un transformateur triphasé, dans lequel les enroulements des trois phases sont connectés magnétiquement les uns aux autres, car ils ont un circuit magnétique commun.

Pour clarifier le principe de fonctionnement et le dispositif d'un transformateur triphasé, imaginez trois transformateur monophasé, attachés les uns aux autres de sorte que leurs trois tiges forment une tige centrale commune (Fig. 1). Sur chacune des trois autres barres, les enroulements primaire et secondaire sont superposés (sur la figure 1, les enroulements secondaires ne sont pas représentés).

Supposons que les enroulements primaires de toutes les branches du transformateur soient exactement les mêmes et enroulés dans le même sens (sur la Fig. 1, les enroulements primaires sont enroulés dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'ils sont vus de dessus).Nous connectons toutes les extrémités supérieures des bobines au neutre O et amenons les extrémités inférieures des bobines aux trois bornes du réseau triphasé.

Image 1.

Les courants dans les enroulements du transformateur créeront des flux magnétiques variant dans le temps, dont chacun se fermera dans son propre circuit magnétique. Dans la tige composite centrale, les flux magnétiques s'additionneront à zéro au total car ces flux sont créés par des courants triphasés symétriques, par rapport auxquels on sait que la somme de leurs valeurs instantanées est nulle à tout moment.

Par exemple, si le courant dans la bobine AX I était le plus grand et se produisait dans le sens indiqué à la fig. 1 direction, alors le flux magnétique serait égal à sa plus grande valeur Ф et était dirigé dans la tige composite centrale de haut en bas. Dans les deux autres bobines BY et CZ, les courants I2 et Az3 au même instant sont égaux à la moitié du courant le plus élevé et ont le sens opposé par rapport au courant dans la bobine AX (c'est la propriété de trois- courants de phase). Pour cette raison, dans les tiges des bobines BY et CZ, les flux magnétiques seront égaux à la moitié du flux maximal, et dans la tige composite centrale, ils auront la direction opposée par rapport au flux de la bobine AX. La somme des flux à l'instant considéré est nulle. Il en va de même pour tout autre moment.

Aucun débit dans la barre centrale ne signifie pas aucun débit dans les autres barres. Si nous détruisons la tige centrale et connectons les culasses supérieure et inférieure dans des culasses communes (voir Fig. 2), alors le flux de la bobine AX trouvera son chemin à travers les noyaux des bobines BY et CZ, et les forces magnétomotrices de celles-ci bobines s'additionneront avec la force magnétomotrice de la bobine AX. Dans ce cas, nous aurions un transformateur triphasé avec un circuit magnétique commun pour les trois phases.

Figure 2.

Étant donné que les courants dans les bobines sont déphasés de 1/3 de la période, les flux magnétiques qu'ils produisent sont également décalés dans le temps de 1/3 de la période, c'est-à-dire les plus grandes valeurs des flux magnétiques dans les barreaux et bobines se succèdent après 1/3 de la période...

La conséquence du déphasage des flux magnétiques dans les noyaux de 1/3 de la période est le même déphasage et les forces électromotrices induites à la fois dans les enroulements primaire et secondaire imposées aux barres. Les forces électromotrices des enroulements primaires équilibrent presque la tension triphasée appliquée.Les forces électromotrices des enroulements secondaires, avec la connexion correcte des extrémités des bobines, donnent une tension secondaire triphasée qui est introduite dans le circuit secondaire.

En ce qui concerne la construction du circuit magnétique, les transformateurs triphasés, comme les monophasés, sont divisés en figues à tige. 2. et blindé.

Les transformateurs à barres triphasés sont classés en :

a) transformateurs à circuit magnétique symétrique et

b) transformateurs à circuit magnétique asymétrique.

En figue. 3 montre schématiquement un transformateur à glissière avec un circuit magnétique symétrique, et à la fig. La figure 4 montre un transformateur à tige avec un circuit magnétique déséquilibré. Comme on le voit par les trois barres de fer 1, 2 et 3, serrées au-dessus et au-dessous par des plaques de joug en fer. Il y a des bobines primaires I et secondaires II d'une phase du transformateur sur chaque jambe.

Figure 3.

Dans le premier transformateur, les tiges sont situées aux sommets des angles d'un triangle équilatéral ; le deuxième transformateur a les barres dans le même plan.

La disposition des tiges aux sommets des coins d'un triangle équilatéral donne des résistances magnétiques égales pour les flux magnétiques des trois phases, puisque les chemins de ces flux sont les mêmes. En fait, les flux magnétiques des trois phases passent séparément à travers une tige verticale complètement et à travers les deux autres tiges à mi-chemin.

En figue. 3 la ligne pointillée montre les façons de fermer le flux magnétique de la phase de tige 2. Il est facile de voir que pour les flux des phases de tiges 1 et 3, les façons de fermer leurs flux magnétiques sont exactement les mêmes. Cela signifie que le transformateur considéré a les mêmes résistances magnétiques pour les flux.

La disposition des tiges dans un plan conduit au fait que la résistance magnétique pour le flux de la phase médiane (sur la Fig. 4 pour la phase de la tige 2) est inférieure à celle pour les flux des phases finales (sur la Fig. 4 — pour les phases des crayons 1 et 3).

Figure 4.

En effet, les flux magnétiques des phases terminales se déplacent sur des trajets légèrement plus longs que le flux de la phase médiane. De plus, le flux des phases terminales sortant de leurs crayons passe entièrement dans une moitié de la culasse et seulement dans l'autre moitié (après ramification dans le crayon médian) la moitié passe. L'écoulement à mi-phase à la sortie de la tige verticale se sépare immédiatement en deux moitiés, et donc seulement la moitié de l'écoulement à mi-phase passe dans les deux parties de la culasse.

Ainsi, les flux des phases extrêmes saturent davantage la culasse que le flux de la phase médiane, et donc la résistance magnétique pour les flux des phases extrêmes est plus importante que pour le flux de la phase médiane.

La conséquence de l'inégalité des résistances magnétiques pour les flux des différentes phases d'un transformateur triphasé est l'inégalité des courants à vide dans les phases individuelles à la même tension de phase.

Cependant, avec une faible saturation du fer de culasse et un bon assemblage du fer de barre, cette inégalité de courant est négligeable. Parce que la construction des transformateurs à circuit magnétique asymétrique étant beaucoup plus simple que celle d'un transformateur à circuit magnétique symétrique, les premiers transformateurs se sont avérés être les plus utilisés.Les transformateurs à circuit magnétique symétrique sont rares.

Considérant la fig. 3 et 4 et en supposant que les courants traversent les trois phases, il est facile de voir que toutes les phases sont magnétiquement couplées les unes aux autres. Cela signifie que les forces magnétomotrices des phases individuelles s'influencent mutuellement, ce que nous n'avons pas lorsque le courant triphasé est transformé par trois transformateurs monophasés.

Le deuxième groupe de transformateurs triphasés sont des transformateurs blindés. Un transformateur blindé peut être considéré comme s'il était composé de trois transformateurs blindés monophasés reliés les uns aux autres par une culasse.

En figue. 5 représente schématiquement un transformateur triphasé blindé avec un noyau interne situé verticalement.D'après la figure, il est facile de voir que, à travers les plans AB et CD, il peut être divisé en trois transformateurs blindés monophasés, dont les flux magnétiques peuvent être fermé chacun dans son propre circuit magnétique. Les chemins de flux magnétique de la fig. 5 sont indiqués par des lignes pointillées.

Figure 5.

Comme on peut le voir sur la figure, dans les tiges verticales médianes a, sur lesquelles se superposent les enroulements primaire I et secondaire II de la même phase, le flux complet passe, tandis que dans les culasses b-b et les parois latérales la moitié du flux passe . A la même induction, les sections de la culasse et des flancs doivent être égales à la moitié de la section de la tige médiane a.

Quant au flux magnétique dans les parties intermédiaires c - c, sa valeur, comme nous le verrons ci-dessous, dépend de la méthode d'inclusion de la phase médiane.

Le principal avantage des transformateurs à armature par rapport aux transformateurs à tige est les courts chemins de fermeture du flux magnétique et donc les faibles courants à vide.

Les inconvénients des transformateurs blindés incluent, premièrement, la faible disponibilité des enroulements pour réparation, du fait qu'ils sont entourés de fer, et deuxièmement, les pires conditions de refroidissement de l'enroulement - pour la même raison.

Dans les transformateurs à tige, les enroulements sont presque complètement ouverts et donc plus accessibles pour l'inspection et la réparation, ainsi que pour le fluide de refroidissement.

Transformateur triphasé rempli d'huile avec réservoir tubulaire : 1 — poulies, 2 — vanne de vidange d'huile, 3 — cylindre isolant, 4 — enroulement haute tension, 5 — enroulement basse tension, 6 — noyau, 7 — thermomètre, 8 — bornes pour basse tension, 9 — bornes haute tension, 10 — réservoir d'huile, 11 — relais gaz, 12 — indicateur de niveau d'huile, 13 — radiateurs.

Plus de détails sur le dispositif des transformateurs triphasés : Transformateurs de puissance — dispositif et principe de fonctionnement