Modes de fonctionnement du transformateur

Selon la valeur de la charge, le transformateur peut fonctionner selon trois modes :

1. Fonctionnement à vide à la résistance de charge zn = ∞.

2. Court-circuit à zn = 0.

3. Mode charge à 0 <zn <∞.

Ayant les paramètres du circuit équivalent, vous pouvez analyser n'importe quel mode de fonctionnement du transformateur... Les paramètres eux-mêmes sont déterminés sur la base d'expériences à vide et en court-circuit. Au repos, l'enroulement secondaire du transformateur est ouvert.

Un essai de transformateur à vide est effectué pour déterminer le rapport de transformation, les pertes de puissance dans l'acier et les paramètres de la branche magnétisante du circuit équivalent, généralement effectué à la tension nominale de l'enroulement primaire.

Pour transformateur monophasé sur la base des données du test de ralenti, il est possible de calculer :

— facteur de transformation

— pourcentage du courant à vide

La résistance active de l'aimantation de la branche r0 est-elle déterminée par la condition

— résistance totale de la branche magnétisante

— résistance inductive de la branche magnétisante

Le facteur de puissance au ralenti est également souvent défini comme :

Dans certains cas, le test à vide est réalisé pour plusieurs valeurs de la tension de l'enroulement primaire : de U1 ≈ 0,3U1n à U1 ≈ 1,1U1n. Sur la base des données obtenues, les caractéristiques de repos sont dessinées, qui sont la dépendance de P0, z0, r0 et cosφ en fonction de la tension U1. En utilisant les caractéristiques à vide, il est possible de définir les valeurs des grandeurs spécifiées à n'importe quelle valeur de la tension U1.

Pour déterminer la tension de court-circuit, les pertes dans les enroulements et les résistances rk et xk sont testées en court-circuit. Dans ce cas, une telle tension réduite est appliquée à l'enroulement primaire de sorte que les courants des enroulements du transformateur en court-circuit soient égaux à leurs valeurs nominales, c'est-à-dire I1k = I1n, I2k = I2n. La tension de l'enroulement primaire, à laquelle les conditions spécifiées sont remplies, est appelée tension de court-circuit nominale Ukn.

Étant donné que Ucn n'est généralement que de 5 à 10% de U1n, le flux d'induction mutuelle du noyau du transformateur pendant le test de court-circuit est des dizaines de fois inférieur à celui du mode nominal et l'acier du transformateur est insaturé. Par conséquent, les pertes dans l'acier sont négligées et on considère que toute la puissance Pcn fournie à l'enroulement primaire est dépensée pour chauffer les enroulements et détermine la valeur de la résistance active de court-circuit rc.

Au cours de l'expérience, la tension Ukn, le courant I1k = I1n et la puissance Pkn de la bobine primaire sont mesurés. Sur la base de ces données, vous pouvez déterminer :

— pourcentage de la tension de court-circuit

— résistance active aux courts-circuits

— résistances actives des enroulements primaire et secondaire réduit, approximativement égales à la moitié de la résistance de court-circuit

— impédance de court-circuit

— résistance inductive de court-circuit

— résistance inductive de l'enroulement primaire et secondaire réduit, approximativement égale à la moitié de la résistance inductive de court-circuit

— résistance de l'enroulement secondaire d'un transformateur réel :

— pourcentage de tension de court-circuit inductif, actif et total :

En mode de charge V, il est très important de savoir comment les paramètres de charge affectent le rendement et la variation de tension aux bornes de l'enroulement secondaire.

L'efficacité du transformateur est le rapport entre la puissance active fournie à la charge et la puissance active fournie au transformateur.

L'efficacité du transformateur est d'une grande importance. Pour les transformateurs de puissance de faible puissance, il est d'environ 0,95 et pour les transformateurs d'une capacité de plusieurs dizaines de milliers de kilovolts-ampères, il atteint 0,995.

La détermination du rendement par la formule utilisant les puissances directement mesurées P1 et P2 donne une grande erreur. Il est plus commode de présenter cette formule sous une autre forme :

où est la somme des pertes dans le transformateur.

Il existe deux types de pertes dans un transformateur : les pertes magnétiques causées par le passage du flux magnétique à travers le circuit magnétique et les pertes électriques résultant du passage du courant dans les enroulements.

Étant donné que le flux magnétique du transformateur à U1 = const et le passage du courant secondaire de zéro à nominal restent pratiquement constants, les pertes magnétiques dans cette plage de charges peuvent également être supposées constantes et égales aux pertes à vide.

Les pertes électriques dans le cuivre des enroulements ∆Pm sont proportionnelles au carré du courant. Il convient de les exprimer en pertes de court-circuit Pcn obtenues au courant nominal,

où β est le facteur de charge,

Formules de calcul pour déterminer le rendement du transformateur :

où Sn est la puissance apparente nominale du transformateur ; φ2 est l'angle de phase entre la tension et le courant dans la charge.

L'efficacité maximale peut être trouvée en assimilant la première dérivée à zéro. Dans ce cas, nous constatons que le rendement a des valeurs maximales à une telle charge lorsque les pertes constantes (indépendantes du courant) P0 sont égales aux pertes alternatives (dépendantes du courant), d'où

Pour les transformateurs à huile modernes, βopt = 0,5 — 0,7. Avec une telle charge, le transformateur fonctionne le plus souvent pendant le fonctionnement.

Le graphique de la dépendance η = f (β) est représenté sur la figure 1.

Figure 1. Courbe d'évolution du rendement du transformateur en fonction du facteur de charge

Pour déterminer le pourcentage de variation de la tension secondaire d'un transformateur monophasé, utilisez l'équation

où uKA et uKR sont les composantes active et réactive de la tension de court-circuit, exprimées en pourcentage.

L'évolution de la tension du transformateur dépend du facteur de charge (β), de sa nature (angle φ2) et des composantes de la tension de court-circuit (uKA et uKR).

Caractéristiques externes du transformateur est la dépendance à U1 = const et cosφ2 = const (Figure 2).

Figure 2. Caractéristiques externes des transformateurs de moyenne et haute puissance pour différents types de charge