Comprendre le transformateur Scott-T : conversion entre systèmes biphasé et triphasé
Qu'est-ce que la connexion Scott ou transformateur Scott-T ?
Connexion Scott
La connexion Scott est un type de raccordement de transformateurs permettant d'obtenir une alimentation biphasée à partir d'une source triphasée, ou l'inverse. Elle est aussi appelée transformateur Scott-T. Cette méthode a été inventée par Charles F. Scott, d'où son nom.
Article connexe : Connexions triangle ouvert des transformateurs
Schéma de connexion Scott-T
Dans la connexion Scott, deux transformateurs monophasés sont électriquement connectés mais magnétiquement séparés. L'un est le transformateur principal, l'autre l'auxiliaire (ou transformateur « teaser »). Le schéma de connexion est présenté ci-dessous.
L'enroulement primaire du transformateur principal est muni d'un point milieu au point D. Les deux lignes (Y et B) d'une alimentation triphasée y sont connectées. L'enroulement secondaire du principal est connecté entre les points a1 et a2.
L'enroulement primaire de l'auxiliaire est connecté entre le point milieu D et la ligne restante (phase R). Son secondaire est connecté entre b1 et b2.
Le point milieu D divise l'enroulement principal en deux parties égales : le nombre de spires YD et BD est identique.
Diagramme de phaseurs du transformateur Scott
Les tensions de ligne d'une alimentation triphasée (VRY, VYB, VBR) sont égales en amplitude et déphasées de 120°. Le diagramme de phaseurs est montré ci-dessous.
Le diagramme peut être représenté par un triangle équilatéral. L'amplitude de toutes les tensions de ligne est la même :
VRY = VYB = VBR = VL
Pour les calculs, on prend le phaseur YB comme référence :
VYB = VL∠0°
VRY = VL∠120°
VBR = VL∠-120°
Le point milieu D divise l'enroulement primaire en deux parties égales. Si le nombre de spires du primaire est NP :
La tension dans les portions YD et BD est la même et en phase avec VYB.
Calculons la tension au primaire de l'auxiliaire (VRD). D'après le diagramme :
VRD = VRY + VYD
VRD = 0,866 VL ∠90°
La tension appliquée au primaire de l'auxiliaire est 0,866 fois celle du principal. La tension au secondaire de l'auxiliaire (V2T) et celle du principal (V2M) ont même amplitude, mais V2T mène V2M de 90°. Le diagramme de phaseurs de la connexion Scott est montré ci-dessous.
Pour avoir la même tension par spire (même flux), le nombre de spires au primaire de l'auxiliaire doit être :
Le rapport de transformation de l'auxiliaire est donc :
Les secondaires des deux transformateurs ont même amplitude avec un déphasage de 90°, créant un système biphasé équilibré.
Position du point neutre N
Si le neutre est disponible sur l'alimentation triphasée, un point de dérivation est prévu sur le primaire de l'auxiliaire. Par exemple, un point N. La tension aux bornes RN est :
Nous avons dérivé la valeur de VRD :
La tension aux bornes ND est :
Avec les tensions RN, RD, ND, pour conserver le même rapport tension/spire, le nombre de spires est choisi comme :
D'où le rapport de division du point neutre N sur le primaire de l'auxiliaire : RN : ND = 2 : 1.
Relation entre courants d'entrée et de sortie
Les courants de ligne de l'alimentation triphasée d'entrée sont IR, IY, IB. Avec deux transformateurs (chacun avec primaire et secondaire), les courants sont :
- I1M = Courant primaire du transformateur principal
- I2M = Courant secondaire du transformateur principal
- I1T = Courant primaire de l'auxiliaire (teaser)
- I2T = Courant secondaire de l'auxiliaire
D'après le schéma, le courant traversant le primaire de l'auxiliaire est le courant de ligne IR :
I1T = IR
Les secondaires sont identiques, donc l'amplitude du courant est la même :
|I2M| = |I2T|
Équation MMF de l'auxiliaire (en négligeant le courant d'aimantation) :
I1T NRD = I2T NS
IR = 1,15 K I2T = I1T
Équation MMF du principal :
I1M NYD - I1M NBD = I2M NS
IY - IB = 2 K I2M
Pour un système triphasé équilibré :
IR + IY + IB = 0
IB = -IR - IY
IY - (-IR - IY) = 2 K I2M
IY + IR + IY = 2 K I2M
IR + 2 IY = 2 K I2M
En remplaçant IY dans l'équation de IB :
Ces équations sont valides pour charges équilibrées et déséquilibrées.
Applications de la connexion Scott
- Raccordement d'un système triphasé avec un système biphasé, puissance transférable dans les deux sens.
- Alimentation de charges monophasées (ex. trains électriques) à partir d'un réseau triphasé équilibré.
- Conversion de puissance triphasée en monophasée pour fours électriques monophasés.
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