Transformateur en charge

Champ: Interrupteur électrique

China

Fonctionnement du transformateur sous charge

Lorsqu'un transformateur est sous charge, son enroulement secondaire est connecté à une charge, qui peut être résistive, inductive ou capacitive. Un courant $I 2$ circule dans l'enroulement secondaire, dont l'intensité est déterminée par la tension aux bornes $V 2$ et l'impédance de la charge. L'angle de phase entre le courant secondaire et la tension dépend des caractéristiques de la charge.

Explication du fonctionnement du transformateur sous charge

Le comportement opérationnel d'un transformateur sous charge est détaillé comme suit :

Lorsque le secondaire du transformateur est en court-circuit ouvert, il prélève un courant à vide depuis l'alimentation principale. Ce courant à vide induit une force magnétomotrice $N 0 I 0$ , qui établit un flux Φ dans le noyau du transformateur. La configuration circuit du transformateur sous conditions à vide est illustrée dans le diagramme ci-dessous :

Interaction du courant de charge du transformateur

Lorsqu'une charge est connectée au secondaire du transformateur, un courant $I 2$ circule dans l'enroulement secondaire, induisant une force magnétomotrice (FMM) $N 2 I 2$ . Cette FMM génère un flux ϕ2 dans le noyau, qui s'oppose au flux original ϕ selon la loi de Lenz.

Déphasage et facteur de puissance dans le transformateur

La différence de phase entre $V1$ et $I1$ définit l'angle de facteur de puissance ϕ1 du côté primaire du transformateur. Le facteur de puissance secondaire dépend du type de charge connecté au transformateur :

Pour une charge inductive (comme illustré dans le diagramme vectoriel ci-dessus), le facteur de puissance est retardé.
Pour une charge capacitive, le facteur de puissance est avancé.

Le courant primaire total $I1$ est la somme vectorielle du courant à vide $I0$ et du courant de compensation $I'1$ , c'est-à-dire,

Diagramme vectoriel du transformateur avec charge inductive

Le diagramme vectoriel d'un transformateur réel sous charge inductive est illustré ci-dessous :

Étapes pour construire le diagramme vectoriel

Prendre le flux Φ comme référence.
Les f.e.m. induites $E 1$ et $E 2$ sont en retard de 90° sur le flux.
La composante de tension appliquée primaire compensant $E 1$ est notée $V' 1$ (c'est-à-dire, $V'1 = -E1)$ .
Le courant à vide $I0$ est en retard de 90° sur $V' 1$ .
Pour une charge avec un facteur de puissance retardé, le courant $I 2$ est en retard sur $E 2$ d'un angle ϕ_2.
La résistance de l'enroulement et la réactance de fuite provoquent des chutes de tension, ce qui fait que la tension aux bornes secondaires est : $V 2 = E 2 − (chutes de tension)$

$I 2 R$ ₂ est en phase avec $I 2$ .
$I 2 X 2$ est orthogonal à $I 2$ .

Le courant primaire $I 1$ est la somme vectorielle de $I' 1$ et $I0$ , où $I' 1 = -I 2$ .
Tension appliquée primaire : $V1 = V'1 + (chutes de tension primaires)$

$I 1 R 1$ est en phase avec $I 1$ .
$I 1 X 1$ est orthogonal à $I 1$ .

La différence de phase entre $V 1$ et $I 1$ définit l'angle de facteur de puissance primaire ϕ1.
Facteur de puissance secondaire :

Retardé pour les charges inductives (comme dans le diagramme vectoriel).
Avancé pour les charges capacitifs.

Étapes pour dessiner le diagramme vectoriel pour une charge capacitive

Prendre le flux Φ comme référence.
Les f.e.m. induites $E 1$ et $E 2$ sont en retard de 90° sur le flux.
La composante de tension appliquée primaire compensant $E 1$ est notée $V' 1$ (c'est-à-dire, $V' 1 = -E 1$ ).
Le courant à vide $I 0$ est en retard de 90° sur $V' 1$ .
Pour une charge avec un facteur de puissance avancé, le courant $I 2$ est en avance sur $E 2$ d'un angle ϕ_$2$.
La résistance de l'enroulement et la réactance de fuite provoquent des chutes de tension, ce qui fait que la tension aux bornes secondaires est : $V 2 = E 2 − (chutes de tension)$

$I 2 R 2$ est en phase avec $I 2$ .
$I 2 X 2$ est orthogonal à $I 2$ .

Courant de compensation $I' 1 = -I 2$ (égale en intensité, opposé en phase à $I 2$ ).
Le courant primaire $I 1$ est la somme vectorielle de $I' 1$ et $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Tension appliquée primaire $V 1$ est la somme vectorielle de $V' 1$ et des chutes de tension primaires : $V 1 = V' 1 +(chutes de tension primaires)$

$I 1 R 1$ est en phase avec $I 1$ .
$I 1 X 1$ est orthogonal à $I 1$ .

Angles de facteur de puissance:

La différence de phase entre $V 1$ et $I 1$ définit l'angle de facteur de puissance primaire ϕ_$1$.
Le facteur de puissance secondaire (avancé pour les charges capacitifs) dépend entièrement du type de charge connecté.