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Transformateurs triphasés et saturation
Bonjour,
Je suis en train de replonger dans l'étude des transformateurs et je bloque sur un dilemne en comparant le régime en charge des transfos monophasés avec celui des transfos triphasé.
Dans un transfo monophasé, la tension commande le flux. On dit que le flux est "forcé" (par la source de tension au primaire).
Tranformateurs monophasés : on dit que si la tension au primaire ne change pas, leur flux en régime à vide est la même qu'en charge. Soit. Du coup la somme vectorielle de la FMM1 (Force magnétomotrice au primaire) et de la FMM2 (force magmétomotrice au secondaire), en charge, est égale à la FFM1o (Force magnétomotrice au primaire) à vide, voire nulle si on simplifie.
Question 1: se peut-il alors qu'il y ait une FMM résultante (somme de FFM1 et FMM2) saturant le circuit magnétique, pour une charge particulière ? si oui, en quelle ocassion et comment puis-je avoir une saturation si le flux est le même qu'à vide ? et si non, comment pourrait-on saturer le circuit magnétique d'un transformateur en régime de charge ? pourquoi les deux FFM1 et FFM2 ne s'additioneraient plus pour donner FFM1o ?
Question 2: Supposons que dans un transfo monophasé, vous ayez répondu à la question 1 que même en charge, il ne peut pas être saturé. Alors mon dilemne est le suivant : Je sais que dans un transfo triphasé, il peut arriver qu'une des colonnes soit saturée car la FMM résultante sur cette colonne n'est pas nulle. Je sais aussi démontrer que ça peut être le cas lorsque la charge sur une phase n'est pas la même (charge) que celle sur les autres phases. Mais alors, ça veut dire qu'à la différence d'un transfo monophasé, le flux en charge sur une colonne n'est plus le même que celui sur cette même colonne lorsque le transfo tourne à vide puisque sur cette colonne, la résultante des deux FMM n'est plus égale à celle à vide lorsque cette colonne est saturée. Non ? il s'agit donc bien là d'une différence fondamentale entre un transfo monophasé et triphasé, puisqu'une colonne peut être saturée sur un transfo triphasé (FMM sur cette colonne dites "non compensées") et pas sur un monophasé (FMM sur la seule et unique colonne est toujours compensées car flux en charge = flux à vide) non ?
Je vous remercie
Bonsoir,
Alors si on parle d'un transformateur parfait attaqué par une source de tension alternative, alors le flux est effectivement forcé par le générateur. Ainsi on ne connaît la FMM que par calcul, ce n'est pas une donnée d'entrée du problème. Pour calculer la FMM, il faut connaître la reluctance du circuit magnétique ainsi que la (les) impédance(s) de charge du/des autre(s) enroulement(s).
Pour répondre à la question 1:
Si le flux est forcé ... alors le flux vaut la valeur du flux forcé, et cela quelle que soit la charge au secondaire (même un court-circuit). Car même si on réduit l'impédance du secondaire, le courant secondaire va monter, mais le courant du primaire aussi mais de manière à compenser l'effet magnétique (loi de Lenz).
Mais dans la vraie vie, ça n'existe pas. Si on charge par une trop faible impédance le secondaire, l'hypothèse de flux forcé ne marche plus : le courant va monter dans les 2 enroulements de manière à se compenser (loi de Lenz), mais le flux dans le noyau magnétique va globalement chuter à cause des chutes de tension au primaire.
Réponse 2:
En régime équilibré ça ne saturera pas si ça ne sature pas à vide. Je parle en régime permanent évidemment, car au démarrage il faut considérer "l'inrush current" dû à l'état magnétique initial du transfo (H=0) qui n'est pas compatible avec l'état des tensions appliquées aux enroulements.
En régime déséquilibré c'est possible de saturer une jambe puisque la somme des FMM ne fait pas 0, donc grossièrement on peut dire qu'on a 2 jambes qui envoient du flux dans la 3ème.
Merci beaucoup de prendre le temps de me répondre.
Pour votre réponse 1. Je n'ai pas compris d'où viendrait la chute de tension au primaire. Pourriez-vous développer s'il-vous-plait ?
... et si le flux chute à cause d'une chute de tension au primaire, alors le circuit magnétique est encore moins saturé si le courant i2 augmente, si je suis bien votre raisonnement. Non ?
Je suis par ailleurs tombé sur un cours où il était question de la saturation d'un transformateur monophasé, et seule l'expérience consistant à élever la tension au primaire était évoquée. Cela me conduit à penser que pour une tension au primaire fixée, on ne peut pas saturer une transformateur monophasé.... alors qu'un transfo triphasé, si. Diable.... m'aurait-on menti en me disant qu'on peut étudier un transfo triphasé comme trois transfos monophasés ?
Réponse 2. Oui, mais votre explication est la même que la mienne. Je sais en effet prouver qu'on peut saturer une colonne en régime déséquilibré.
Mais un monophasé n'est pas saturable alors qu'un triphasé l'est : C'est là mon dilemne.
Ehhh....... mais en y pensant.... voilà la différence entre le transfo triphasé et monophasé qui résout mon dilemne !!!
c'est FAUX !!! on ne peut pas considérer un transfo triphasé comme un monophasé. C'est FAUX FAUX et archi-FAUX. Voilà !!!
Il faudrait dire "on ne peut pas considérer un transfo triphasé comme 3 transfos monophasés SAUF EN RÉGIME ÉQUILIBRÉ".
Pourquoi ?
Parce qu'un transfo monophasé déséquilibré, ça n'a pas de sens !!! ça n'existe pas !!!! il n'a qu'une phase, il est donc naturellement équilibré !!!
Par contre, le déséquilibrage n'a du sens que pour un transfo triphasé, et c'est là la différence que je cherchais entre un transfo triphasé et monophasé : un transfo triphasé où les flux sont liés (et non pas indépendants), à la différence d'un transfo monophasé, peut travailler en régime déséquilibré.
Un transfo monophasé, lui, ne se sature jamais, et de plus travaille forcément en régime équilibré puisqu'il n'a qu'une seule phase.
Votre distinction régime équilibré / régime déséquilibré m'a mis sur cette voie.
Merci !
Je suis par ailleurs tombé sur un cours où il était question de la saturation d'un transformateur monophasé, et seule l'expérience consistant à élever la tension au primaire était évoquée. Cela me conduit à penser que pour une tension au primaire fixée, on ne peut pas saturer une transformateur monophasé.... alors qu'un transfo
Pour être rigoureux, ce qui compte c'est le rapport Tension/Fréquence. Car si on garde la même tension mais qu'on diminue la fréquence, on finira par saturer le transfo. C'est très courant de raisonner à "U/f constant" pour garantir le même état magnétique (que ce soit pour un transfo ou un moteur électrique d'ailleurs)
Merci beaucoup de prendre le temps de me répondre.
Pour votre réponse 1. Je n'ai pas compris d'où viendrait la chute de tension au primaire. Pourriez-vous développer s'il-vous-plait ?
... et si le flux chute à cause d'une chute de tension au primaire, alors le circuit magnétique est encore moins saturé si le courant i2 augmente, si je suis bien votre raisonnement. Non ?
[...]
Dans un vrai transformateur il existe des lignes de champs générées par l'enroulement primaire qui ne se rebouclent pas dans l'enroulement secondaire (un très faible % du flux total généré au primaire), ce que l'on modélise par une inductance Lf en série avec le primaire. Cela se traduit par appliquer une tension au primaire égale à U-j
LfIp qui est inférieure à U, la tension du générateur. Il y a aussi l'effet résistif de la bobine qui est beaucoup plus faible en forte puissance (au delà de quelques kVA).
c'est FAUX !!! on ne peut pas considérer un transfo triphasé comme un monophasé. C'est FAUX FAUX et archi-FAUX. Voilà !!!
Il faudrait dire "on ne peut pas considérer un transfo triphasé comme 3 transfos monophasés SAUF EN RÉGIME ÉQUILIBRÉ".
Tout juste ! Un transfo triphasé consiste en 6 bobines couplées donc une matrice de couplage magnétique de taille 6*6 tandis que 3 transfos monophasés correspondent à 3 matrices de couplage de taille 2*2. Ça ne se modélise pas de la même façon dans le cas général.
Mais en régime équilibré, on "gagne" cette simplification car certes, la somme des flux générés par les enroulements primaires fait zéro (ça c'est vrai même en déséquilibré), mais surtout la somme des flux générés par les enroulements secondaires fait aussi zéro (ça c'est l'équilibrage qui le permet). L'effet résultant est que cela interdit qu'une jambe puisse recevoir un flux de la part des 2 autres (sinon la somme ne ferait pas 0), ce qui est équivalent à dire qu'on a 3 transfos monophasés indépendants.
Bon courage
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