Modélisation et simulation numérique d'un transformateur triphasé

Abstract

Notre étude a porté sur la modélisation thermique d’un transformateur triphasé abaisseur de tension (30 kV / 400 V) couplé en triangle-étoile « Dy », fabriqué par Electro-industrie d’AZAZGA (ex-ENEL) de Tizi-Ouzou. Les pertes dans un transformateur apparaissent sous forme de chaleur et donnent lieu à une augmentation de température (échauffement). L’échauffement à l’intérieur du transformateur, qu’elle soit causée par les pertes cuivre et/ou fer, provoque un vieillissement accéléré de l’isolant. Ce dernier est le déterminant de la durée de vie du transformateur. D’où l’intérêt de la connaissance de la température maximale qu’atteignent les différentes parties du transformateur notamment celle de l’isolant. Tout d’abord, Nous avons décrit le transformateur étudié, ses données géométriques, ses différents paramètres (Puissance apparente, nombre de phase, fréquence d’alimentation, nombre de spires aux primaires, nombre de spires au secondaire...etc), sa constitution et son principe de fonctionnement. Ensuite, nous avons fait l’étude avec les différentes pertes qu’on rencontre dans ce transformateur et pour différents modes de fonctionnement (régime nominal, demi charge, et à vide). L’élaboration du présent travail, nous a permis d’améliorer nos connaissances dans le domaine de la modélisation thermique du transformateur triphasé. La théorie du champ thermique dans les transformateurs reste assez compliquée à cerner surtout quand on a affaire à des matériaux distribués discrètement mais aussi avec des dimensions et des épaisseurs variant dans de grands rapport d’un matériau à l’autre. Les simulations numériques menées à terme nous apprennent à manipuler le logiciel FEMM basé sur la méthode des éléments finis. Les résultats de ces calculs permettent de mieux comprendre le phénomène d’échange thermique dans le transformateur étudié mais aussi de pouvoir envisager la possibilité de faire varier certains paramètres géométriques ou autres et noter l’effet sur la température maximale dans le système. Certains résultats sont prévisibles comme l’augmentation de la température dans les conducteurs en cuivre qui s’explique par le fait que le matériau isolant électrique joue aussi le rôle d’isolant thermique. Il est important ; dans le cas des transformateurs comme dans d’autres système d’électrotechnique (machines électriques) de pouvoir choisir l’épaisseur de cet isolant en faisant attention à ne pas dépasser la température de curie (de fusion) de ce matériau. Dans la partie thermique, les échauffements calculés sont raisonnables, ce quonfirme le bon choix effectué au niveau du calcul électromagnétique (dimensions du circuit magnétique et des enroulements). Cette étude peut être poursuivie dans différentes directions comme par exemple : • L’optimisation des isolants utilisés en choisissant l’isolant et son épaisseur adéquats. • La mise en œuvre pratique du couplage magnéto-thermique du calcul d’un transformateur.