Théorie du transformateur en charge et à vide

Nous avons discuté de la théorie du transformateur idéal pour mieux comprendre la théorie élémentaire réelle du transformateur. Maintenant, nous allons examiner les aspects pratiques un par un d'un transformateur électrique de puissance et essayer de tracer le diagramme vectoriel du transformateur à chaque étape. Comme nous l'avons dit, dans un transformateur idéal, il n'y a pas de pertes de noyau, c'est-à-dire que le noyau du transformateur est exempt de pertes. Mais dans un transformateur pratique, il y a des pertes par hystérésis et des pertes par courants de Foucault dans le noyau du transformateur.

Théorie du transformateur à vide

Absence de résistance de bobinage et d'inductance parasite

Considérons un transformateur électrique avec uniquement des pertes de noyau, ce qui signifie qu'il n'a que des pertes de noyau mais pas de pertes cuivre et pas d'inductance parasite. Lorsqu'une source alternative est appliquée au primaire, la source fournira le courant nécessaire pour magnetiser le noyau du transformateur.

Mais ce courant n'est pas le courant de magnetisation réel ; il est légèrement supérieur au courant de magnetisation réel. Le courant total fourni par la source a deux composantes, l'une est le courant de magnetisation qui sert uniquement à magnetiser le noyau, et l'autre composante du courant de la source est consommée pour compenser les pertes de noyau du transformateur.

En raison de cette composante de perte de noyau, le courant de la source dans un transformateur à vide n'est pas exactement en retard de 90° par rapport à la tension d'alimentation, mais il est en retard d'un angle θ inférieur à 90o. Si le courant total fourni par la source est Io, il aura une composante en phase avec la tension d'alimentation V1, et cette composante du courant Iw est la composante de perte de noyau.

Cette composante est prise en phase avec la tension de la source car elle est associée aux pertes actives ou de travail dans les transformateurs. Une autre composante du courant de la source est notée Iμ.

Cette composante produit le flux magnétique alternatif dans le noyau, donc elle est sans puissance active ; cela signifie qu'elle est la partie réactive du courant de la source du transformateur. Ainsi, Iμ sera en quadrature avec V1 et en phase avec le flux alternatif Φ. Par conséquent, le courant primaire total dans un transformateur à vide peut être représenté comme suit :

Maintenant, vous avez vu combien il est simple d'expliquer la théorie du transformateur à vide.

Théorie du transformateur sous charge

Absence de résistance de bobinage et d'inductance parasite

Maintenant, nous examinerons le comportement du transformateur ci-dessus sous charge, ce qui signifie que la charge est connectée aux bornes secondaires. Considérons un transformateur ayant des pertes de noyau mais pas de pertes cuivre et d'inductance parasite. Lorsqu'une charge est connectée au bobinage secondaire, le courant de charge commencera à circuler à travers la charge ainsi que le bobinage secondaire.

Ce courant de charge dépend uniquement des caractéristiques de la charge et de la tension secondaire du transformateur. Ce courant est appelé courant secondaire ou courant de charge, ici il est noté I2. Comme I2 circule à travers le secondaire, un FMM auto-induit dans le bobinage secondaire sera produit. Ici, c'est N2I2, où N2 est le nombre de spires du bobinage secondaire du transformateur.

Ce FMM ou force magnétomotrice dans le bobinage secondaire produit un flux φ2. Ce φ2 s'opposera au flux de magnetisation principal et affaiblira momentanément le flux principal, essayant de réduire l'efm auto-induit E1. Si E1 tombe en dessous de la tension d'alimentation primaire V1, il y aura un courant supplémentaire provenant de la source vers le bobinage primaire.

Ce courant primaire supplémentaire I2′ produit un flux supplémentaire φ′ dans le noyau qui neutralisera le flux de contre-réaction secondaire φ2. Ainsi, le flux de magnetisation principal du noyau, Φ, reste inchangé indépendamment de la charge. Donc, le courant total que ce transformateur tire de la source peut être divisé en deux composantes.

La première est utilisée pour magnetiser le noyau et compenser les pertes de noyau, c'est-à-dire Io. C'est la composante à vide du courant primaire. La seconde est utilisée pour compenser le flux de contre-réaction du bobinage secondaire. Elle est connue sous le nom de composante de charge du courant primaire. Ainsi, le courant primaire total à vide I1 d'un transformateur électrique de puissance sans résistance de bobinage et inductance parasite peut être représenté comme suit

Où θ2 est l'angle entre la tension secondaire et le courant secondaire du transformateur.
Maintenant, nous allons poursuivre un pas plus loin vers un aspect plus pratique du transformateur.

Théorie du transformateur sous charge, avec bobinage résistif, mais sans inductance parasite

Maintenant, considérons la résistance de bobinage du transformateur, mais sans inductance parasite. Jusqu'à présent, nous avons discuté du transformateur qui a des bobinages idéaux, c'est-à-dire des bobinages sans résistance et inductance parasite, mais maintenant, nous allons considérer un transformateur qui a une résistance interne dans le bobinage, mais sans inductance parasite. Comme les bobinages sont résistifs, il y aurait une chute de tension dans les bobinages.

Nous avons prouvé précédemment que, le courant primaire total provenant de la source sous charge est I1. La chute de tension dans le bobinage primaire avec résistance, R1 est R