Transformateurs statiques - Principes et fonctionnement

Les développements récents de l’électronique de puissance dans le domaine de la conversion statique de l’énergie électrique conduisent à reconsidérer l’approche du transformateur traditionnellement axée sur des régimes de fonctionnement harmonique. Il est en effet nécessaire d’envisager des modèles de comportement temporels capables de prendre en compte de manière instantanée les grandeurs électriques et magnétiques de ces systèmes.

Pour atteindre cet objectif, les mécanismes de mise en équation du transformateur monophasé sont analysés, puis étendus au cas triphasé, en tenant compte de la diversité des circuits magnétiques rencontrés. Cette étude conduit alors à la définition de modèles idéaux construits à partir du concept de modulateur énergétique de rendement unitaire qui constitue l’élément de base de toute chaîne de conversion d’énergie, quelle que soit la nature des convertisseurs utilisés, électromagnétiques, électroniques, ou électromécaniques.

Dans ces conditions, le choix d’un modèle peut être discuté en considérant un environnement électrique donné, aussi bien pour l’étude des modes sinusoïdaux déséquilibrés que non sinusoïdaux, notamment lorsque le transformateur est associé à un convertisseur statique. On peut alors placer le transformateur en amont ou en aval du convertisseur, ou encore l’intégrer totalement à son fonctionnement.

L’objectif de cet article est de familiariser le lecteur avec les méthodes d’étude des circuits électriques assurant le transfert de l’énergie électrique au moyen des liaisons triphasées.

Il ne s’agit donc pas de décrire les techniques et les appareils assurant la distribution électrique, mais d’expliquer les fondements théoriques sur lesquels s’appuient les modèles simplifiés des lignes et des transformateurs utilisés dans le domaine industriel, ainsi que les principaux montages permettant la mesure de la puissance « transportée ».

La méthode des composantes symétriques est sur ce plan particulièrement utile puisqu’elle permet de retrouver, dans le cas triphasé déséquilibré, les raisonnements et les schémas en usage en monophasé. Grâce aux résultats établis, de nombreuses configurations de déséquilibre (coupures de fil ou courts-circuits) peuvent être analysées et calculées, que l’on se trouve ou non en présence de transformateurs.