Transformate Ur

Etude dun transformateur en monophas page 1 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : http://nicole.cortial.net

tude dun transformateur en monophas A Introduction : Le transformateur tudi est un transformateur dmontable. Le primaire est constitu par une

bobine comportant spires500N1 = ; le secondaire comporte spires1000N 2 = . Dfinir puis calculer le rapport de transformation thorique m.

Le circuit magntique commun aux deux enroulements est feuillet ; expliquer pourquoi. Observer lempilement des tles et en dduire lallure des lignes de champ dans ce dispositif (faire un schma).

On appelle 1P la puissance reue par le primaire et 2P la puissance disponible aux bornes du secondaire. Dfinir puis exprimer le rendement de ce transformateur.

A quoi sont dues les pertes ? Comment les value-t-on ? B tude du transformateur en charge : 1) Montage :

Choisir une frquence proche de Hz50 .

Remarques :

Le milliwattmtre utilis permet les affichages simultans de la puissance absorbe 1P , des valeurs efficaces de la tension )U( 1 et de lintensit )I( 1 ce qui rend inutile lutilisation dun ampremtre et d'un voltmtre lentre du dispositif.

Respecter la position de lampremtre par rapport au voltmtre (en sortie ). Bien observer et respecter le branchement du milliwattmtre !

Le milliwattmtre utilis est trs cher ! Prenez-en soin !

Slectionner la fonction milliwattmtre avant de relier lappareil au circuit !

Faire vrifier votre montage avant la mise sous tension !

G.B.F. 50 Hz

R

A 2

V 2

N 1 = 500 spires N 2 = 1000 spires

mW

V mA

mW


2) Mesures :

Rgler la tension dlivre par le G.B.F. son maximum.

Modifier la valeur R de la rsistance de charge ( sans mesurer R qui sera calcule ultrieurement par le rapport 22 I/U ! ) et sans modifier 1U . On fera varier R de 10 k10 .

Lexploitation des mesures doit se faire en mme temps que leur relev !

Pour chaque rglage de R, effectuer les mesures suivantes :

La valeur efficace 1I de lintensit qui traverse lenroulement primaire ; la valeur efficace 1U de la tension impose au primaire ; la puissance reue par le primaire 1P ; la valeur efficace 2I de lintensit qui traverse lenroulement secondaire ; la valeur efficace 2U de la tension aux bornes du secondaire. 3) Exploitation :

Les grandeurs suivantes sont calcules laide du logiciel Regressi !

2

2

IU

R = R : rsistance de charge (potentiomtres) ;

1

2U U

Um = mU : rapport des tensions ;

2

1I I

Im = mI : rapport des intensits ;

222 IUP = 2P : puissance consomme dans la charge ;

1

2

PP

= : rendement du transformateur.

) Rapports de transformation : Tracer )Rlog(fm U = , )Rlog(fm I = et )Rlog(fm = avec des couleurs diffrentes. Superposer les graphes (mmes abscisses, mmes ordonnes).

Amliorer l'allure des courbes en ralisant dautres mesures ( voir remarques en page 3 ).

Imprimer le tableau et les graphes.

) Rendement : Tracer )Rlog(f= .

Les points devront tre suffisamment nombreux pour que lon puisse obtenir un lissage satisfaisant de la courbe )Rlog(f= .

Imprimer le graphe correspondant.

) Rendement et rapports de transformation : Superposer tous ces graphes (lchelle du rendement sera droite alors que lchelle des rapports de transformation sera gauche).


4) Conclusion :

Quest-ce quun transformateur parfait ? Calculer le rendement dun tel transformateur et exprimer de diffrentes faons le rapport de transformation thorique m.

Le transformateur tudi est-il parfait ? Justifier la rponse. Que reprsente le rapport de transformation dun transformateur rel ? Faire le lien entre les indications habituellement portes sur la plaque signaltique dun transformateur et les rsultats obtenus exprimentalement. Ce rapport de transformation permet-il de connatre lintensit de court-circuit ? C - valuation des pertes (mthode des pertes spares) : Choisir, dans le tableau prcdent, un point de fonctionnement correspondant un bon rendement du transformateur )I,U( 21 ( 1U aux alentours de 5-6 V, par exemple).

1) Essai vide :

Raliser le montage schmatis ci-dessous.

Donner 1U la valeur choisie (voir ci-dessus). Mesurer, alors : v,1I ; v,1P ; v,2U . Comparer v,2U 1U .

Remarques importantes : Sauver frquemment votre travail !

Veiller rpartir au mieux les points exprimentaux. On pourra, par exemple, choisir, dans un premier temps, des valeurs de R proches des valeurs proposes et complter le tableau, ensuite, de faon obtenir une rpartition judicieuse des points exprimentaux. Il est donc impratif de ne pas modifier le montage tant que lexploitation de ltude en charge nest pas termine !

Suggestions pour R (premire srie de mesures) :

10 100 150 200 300 800 k1 k2 k5 k10

Les points exprimentaux devront toujours rester apparents (croix).

mW

G.B.F. 50 Hz

V 2

500 spires 1000 spires

Dans lessai vide, on choisira : 1v,1 UU = et dans lessai en court-circuit, on choisira : 2cc,2 II = .


A partir des mesures prcdentes, calculer les pertes fer ( 1r figure sur la bobine). Remarques : Vrifier que les pertes par effet Joule peuvent tre ngliges devant les pertes fer

Habituellement, on estime les pertes fer comme tant gales v,1P !

2) Essai en court-circuit :

La tension dlivre par le G.B.F. est trs fortement rduite avant de mettre le secondaire en court-circuit.

Raliser le montage schmatis ci-dessous.

Relever la tension dlivre par le gnrateur B.F. de faon obtenir 2cc,2 II = Mesurer : cc,1I ; cc,1U ; cc,1P . Comparer cc,1I la valeur efficace de lintensit au primaire )I( 1 correspondant au point de fonctionnement choisi.

Compte tenu de ce qui prcde et des mesures effectues, calculer les pertes par effet Joule. Remarque : Vrifier que le rsultat correspond sensiblement la valeur 2cc,22

2cc,11 IrIr + .. (on

nglige la rsistance interne de lampremtre !)

Habituellement, les rsistances des enroulements ne sont pas connus.

mW

G.B.F. 50 Hz

A 2

500 spires 1000 spires

Discussion : Au primaire, la puissance absorbe )P( cc,1 correspond la somme des pertes dans le fer )P( cc,fer et des pertes par effet Joule )P( cc,J .

Lessai en court-circuit ayant lieu sous tension rduite, on peut ngliger les pertes fer (qui ne dpendent pas de la charge mais uniquement de la tension au primaire) devant les pertes par effet Joule.

On a : cc,Jcc,1 PP

Discussion : Aucune puissance nest consomme au secondaire !

La puissance absorbe v,1P reprsente, alors, la somme des pertes dans le fer )P( fer et des pertes

par effet Joule 2v,11v,J IrP = dans le primaire.

Les pertes fer scrivent, alors : 2v,11v,1fer IrPP = .


3 ) Retour sur le transformateur en charge :

Nous considrons toujours le point de fonctionnement particulier choisi.

Exprimer le rendement du transformateur laide de JP , ferP et 2P . Calculer le rendement en utilisant les donnes fournies par les pertes spares )( 0 . Comparer ce rendement celui que lon obtient par le rapport 12 P/P .

La mthode des pertes spares est-elle concluante pour ce point de fonctionnement ?

Remarque : pour une tude plus complte du transformateur, on pourra aller visiter le site

http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/cortial/transfo/transfo_index.html

Discussion :

Dans lessai en court-circuit, les valeurs efficaces des intensits ont t prises gales aux valeurs efficaces des intensits au point de fonctionnement considr.

Dans ces conditions : cc,1J PP

Dans lessai en court-circuit, la tension au primaire est gale celle du point de fonctionnement. Les pertes dans le fer, qui ne dpendent que de 1U (f tant inchange), sont les mmes.

Dans ces conditions : v,1fer PP

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