Quand se produit le courant d'appel de magnétisation dans les transformateurs ?

Les phénomènes de magnétisation par enclenchement se produisent également à une fréquence beaucoup plus élevée que les courts-circuits ; il est donc intéressant d’étudier ce phénomène.

Considérons ce qui se passe lors de la mise sous tension initiale d'un transformateur monophasé. Le flux magnétique dans le noyau est égal à l'intégrale de la tension d'excitation.

Si le circuit est fermé lorsque la tension passe par zéro et que le flux initial est nul, le flux sinusoïdal sera complètement décalé par rapport à zéro. La valeur de crête du flux décalé est le double de celle du flux sinusoïdal symétrique. Autrement dit, le flux de crête de l'onde décalée peut être presque deux fois supérieur au flux de crête normal, ce qui est généralement suffisant pour saturer le noyau.

À ce stade, la seule chose qui limite le courant de magnétisation est l'impédance du noyau à air de l'enroulement, qui est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à l'impédance de magnétisation normale.

Par conséquent, durant la demi-période de saturation du noyau, le courant d'excitation est beaucoup plus important que le courant d'excitation normal. Durant la demi-période inverse, le noyau n'est plus saturé et le courant d'excitation est approximativement égal au courant d'excitation normal.

La situation est encore plus extrême lorsqu'il existe un flux résiduel dans le noyau et que la direction de ce flux est identique à celle du décalage de l'onde de flux sinusoïdale, comme illustré sur la figure 2 ci-dessous. Il est important de noter que les figures 1 et 2 sont tracées à des échelles de courant différentes ; par conséquent, le courant de crête représenté sur la figure 2 est en réalité beaucoup plus important que celui représenté sur la figure 1.

02 Valeur de crête de la surtension d'excitation

Pour déterminer le courant de surtension maximal limité uniquement par la réactance du noyau d'air, il est pratique de calculer l'inductance de l'enroulement en utilisant les unités cgs :

ici:

N – nombre de spires de la bobine

Amt – Aire à l'intérieur du diamètre moyen de la bobine, cm2

l – la longueur axiale de la bobine, cm

L – inductance de la bobine, μH

Le flux produit par l'inductance φL est égal au flux résiduel plus deux fois la variation de flux nominale moins le flux de saturation, puisque ce dernier se situe dans le fer. Or, φL est lié à l'inductance et au courant :

Par conséquent, le courant d'appel de pointe est exprimé dans le système d'unités cgs comme suit :

ici:

Je parle en ampères et

φr – flux résiduel

φn – variation normale du flux magnétique

φs – flux de saturation

En l'absence de résistances dans le circuit, chaque pic successif aurait la même valeur et le courant d'appel se poursuivrait indéfiniment. Cependant, en présence de résistances, la chute de tension à leurs bornes sera importante et l'augmentation du flux magnétique ne sera pas nécessairement aussi élevée que lors du cycle précédent.

L'intégrale de la chute de tension représente la réduction nette du flux magnétique nécessaire pour maintenir la tension appliquée. Puisque la chute de tension i×R est toujours dans le même sens, chaque cycle réduit le flux magnétique requis. Lorsque la valeur de crête du flux magnétique descend en dessous de la valeur de saturation du noyau, le courant d'appel disparaît. La décroissance n'est pas exponentielle, bien qu'elle soit similaire à celle d'un courant à décroissance exponentielle.

Important ! Avec les transformateurs de forte puissance, le courant d'appel peut durer quelques secondes avant de disparaître.

La réactance de ligne a pour effet de réduire le courant d'appel maximal en ajoutant simplement une inductance à l'inductance du noyau à air de l'enroulement. Il existe une relation directe entre le courant d'appel et le courant de court-circuit, car tous deux sont liés à l'inductance du noyau à air de l'enroulement.

N'oubliez pas que les courts-circuits ont tendance à expulser le flux hors du noyau.

En règle générale, le courant d'appel de magnétisation maximal est légèrement supérieur à 90 % du courant de court-circuit maximal. Cependant, la force magnétique induite par ce courant d'appel est généralement bien inférieure à la force de court-circuit. Chaque phase ne comportant qu'un seul enroulement, il n'y a pas de répulsion magnétique entre les enroulements.

L'analyse des courants d'appel lors de la magnétisation se complexifie avec la présence de transformateurs triphasés. En effet, les tensions d'excitation sont déphasées de 120°, ce qui engendre une interaction courant-tension entre les phases, et les trois pôles du dispositif de commutation ne sont pas fermés simultanément.

On peut toutefois affirmer sans risque d'erreur que le courant d'appel maximal d'un transformateur triphasé est proche du niveau du courant de court-circuit.

L'une des caractéristiques intéressantes des courants d'appel magnétisants est la forte proportion d'harmoniques paires, due à l'annulation complète de ces courants. Par ailleurs, les harmoniques paires sont rarement rencontrées dans les circuits de puissance.

03 Flux d'empathie

Il existe également un phénomène appelé « effet d'appel », où un transformateur déjà sous tension subit une variation soudaine de courant lors de la mise sous tension d'un transformateur voisin. Cette surtension est due à la variation de tension de ligne provoquée par le courant d'appel du second transformateur.