Transformer Modeling for Low-And Mid-Frequency Electromagnetic Transients Simulation

Dans cette thèse, de nouveaux modèles de transformateurs pour les transitoires électromagnétiques à basse fréquence ont été développés pour les appareils cuirassés. Ces modèles utilisent l'approche des inductances de fuite couplées, qui a l'avantage de ne pas nécessiter l'emploi d'enroulements fictifs pour connecter le modèle de fuite à un modèle topologique du noyau, tout en arrivant au même résultat en court-circuit que le modèle BCTRAN (matrice d'admittance indéfinie).Afin d'accroître le raffinement des modèles, il est proposé de partitionner les enroulements en bobines (agencement d'un ou de plusieurs tours de l'enroulement complet). Cependant, les mesures en court-circuit entre les bobines ne sont jamais disponibles, car on ne peut pas avoir accès à chaque bobine séparément en pratique. Pour combler cette lacune, une nouvelle méthode analytique basée sur la méthode des images a été développée, ce qui permet le calcul des inductances de court-circuit en 2-D entre des conducteurs de section rectangulaire. Les résultats de la nouvelle méthode convergent vers ceux obtenus par la méthode des éléments finis en 2-D. De plus, l'hypothèse que le champ de fuite est approximativement 2-D pour les transformateurs cuirassés a été validée à l'aide d'une simulation en 3-D avec un modèle plus complet de transformateur, incluant la cuve et les écrans magnétiques. Le produit de cette nouvelle méthode pour calculer les inductances de court-circuit entre les bobines a été utilisé pour calculer les inductances propres et mutuelles du modèle d'inductances de fuite couplées. Les résultats montrent, d'une part, que l'inductance de court-circuit totale des enroulements correspond bien aux mesures expérimentales et d'autre part, que le modèle d'inductances de fuite couplées donne des résultats identiques en court-circuit au modèle BCTRAN.En général, les inductances de fuite dans les modèles de transformateurs sont calculées à partir des essais en court-circuit et la branche de magnétisation est calculée à partir des essais à vide. De plus, on suppose généralement que les fuites sont négligeables pour le transformateur à vide et que le courant de magnétisation est infime pendant un court-circuit. Bien que l'hypothèse de perméabilité infinie soit valable pendant un court-circuit, car la force magnétomotrice dans le noyau est négligeable, on ne peut en dire autant de l'hypothèse selon laquelle les fuites sont négligeables à vide. En fait, le noyau ferromagnétique du transformateur commence à saturer à vide et une partie du flux magnétique fuit à l'extérieur du noyau. Pour prendre cela en compte, une méthode analytique novatrice est proposée dans cette thèse, qui permet d'enlever la contribution des flux de fuite lors des essais à vide afin de calculer correctement les branches de magnétisation des modèles proposés.Cependant, il doit être souligné que les courants de Foucault ont été négligés lors du développement de la nouvelle méthode analytique pour calculer les inductances de court-circuit (comme pour les autres méthodes analytiques).