Concernant les transformateurs, il faut maîtriser les points de connaissance !

2. Comment le transformateur transforme-t-il la tension ?

Les transformateurs fonctionnent selon le principe de l'induction électromagnétique. Ils sont constitués d'un noyau de fer recouvert de tôles d'acier au silicium et de deux jeux de bobines enroulées autour de ce noyau. Le noyau et les bobines sont isolés électriquement.

La bobine reliant le transformateur à l'alimentation électrique est appelée bobine primaire (ou primaire), et celle reliant le transformateur à l'équipement électrique est appelée bobine secondaire (ou secondaire). Lorsque la bobine primaire d'un transformateur est connectée à une source de courant alternatif, des lignes de champ magnétique variables se créent dans le noyau de fer.

Comme la bobine secondaire est enroulée sur le même noyau de fer, les lignes de champ magnétique la traversent, induisant une force électromotrice et créant ainsi une tension à ses deux extrémités. Les lignes de champ magnétique étant alternatives, la tension de la bobine secondaire l'est également, et sa fréquence correspond exactement à celle du réseau électrique.

Il a été démontré théoriquement que le rapport de tension entre le primaire et le secondaire d'un transformateur est lié au nombre de spires de ces spires, ce qui peut s'exprimer par la formule suivante : tension primaire / tension secondaire = nombre de spires primaires / nombre de spires secondaires. Plus le nombre de spires est élevé, plus la tension est importante. Ainsi, si le nombre de spires de la spire secondaire est inférieur à celui de la spire primaire, il s'agit d'un transformateur abaisseur. L'inverse est obtenu avec un transformateur élévateur.

3. Quels sont les différents types de transformateurs existants ?

(1) Selon le nombre de phases, il existe des transformateurs monophasés et triphasés.

(2) Selon leur finalité, il existe des transformateurs de puissance, des transformateurs de puissance spéciaux, des transformateurs de régulation de tension, des transformateurs de mesure (transformateurs de tension, transformateurs de courant), des petits transformateurs de puissance (pour les équipements de faible puissance) et des transformateurs de sécurité.

(3) Selon la structure, il existe deux types : à noyau et à coque. Les bobines peuvent être à double enroulement ou à enroulement multiple, ou être des autotransformateurs.

(4) Selon la méthode de refroidissement, il existe des modèles à immersion dans l'huile et des modèles à refroidissement par air.

4. Quels sont les composants du transformateur ?

Les composants d'un transformateur sont principalement constitués de noyaux et de bobines en fer, ainsi que de réservoirs d'huile, de coussins d'huile, de manchons isolants et de têtes de prise.

5. À quoi sert l'huile de transformateur ?

(1) Effet d'isolation ;

(2) dissipation de la chaleur ;

(3) Éliminer l'effet d'arc.

6. Qu'est-ce qu'un autotransformateur ?

L'autotransformateur ne possède qu'un seul enroulement, et l'enroulement secondaire est alimenté par l'enroulement primaire. Outre la transmission de l'induction électromagnétique, l'enroulement secondaire conduit également l'électricité. Ce transformateur, plus petit, utilise davantage de tôles d'acier au silicium et de fils de cuivre que les transformateurs ordinaires, notamment pour la régulation de tension.

7. Comment le régulateur de tension est-il réglé ?

La structure du régulateur de tension est la même que celle de l'autotransformateur, mais le noyau de fer est transformé en une bobine toroïdale et enroulé autour du noyau de fer toroïdal.

La prise secondaire de la bobine utilise un contact à balai coulissant pour faire glisser le contact de manière annulaire le long de la surface de la bobine afin d'obtenir une régulation de tension en douceur.

8. Quelle est la relation actuelle entre la bobine primaire et la bobine secondaire du transformateur ?

Lorsque le transformateur fonctionne en charge, toute variation du courant dans l'enroulement secondaire entraîne une variation correspondante du courant dans l'enroulement primaire. Selon le principe d'équilibre des potentiels magnétiques, l'intensité du courant dans les enroulements primaire et secondaire est inversement proportionnelle au nombre de spires. L'enroulement comportant le plus de spires est parcouru par un courant plus faible, et inversement.

Cela peut s'exprimer par la formule suivante : courant de la bobine primaire / courant de la bobine secondaire = nombre de spires de la bobine secondaire / nombre de spires de la bobine primaire.

9. Quel est le taux de variation de tension du transformateur ?

Le taux de variation de tension du régulateur est un indicateur de performance essentiel du transformateur. Lorsque le transformateur alimente la charge, la tension à ses bornes chute inévitablement. En comparant cette chute de tension à la tension nominale et en calculant le pourcentage correspondant, on obtient le taux de variation de tension.

Elle peut être exprimée par la formule : taux de variation de tension = [(tension nominale secondaire - tension aux bornes de la charge) / tension nominale secondaire] × 100 %. Lorsqu'un transformateur de puissance standard est connecté à une charge nominale, le taux de variation de tension est de 4 à 6 %.

10. Comment s'assurer que le transformateur a une tension de sortie nominale ?

Une tension trop élevée ou trop basse affectera le fonctionnement normal et la durée de vie du transformateur ; la tension doit donc être ajustée.

La méthode de régulation de tension consiste à réaliser plusieurs prises sur l'enroulement primaire et à les connecter à un sélecteur de prises. Ce dernier modifie le nombre de spires de l'enroulement en faisant tourner ses contacts. En faisant tourner le sélecteur, on obtient la tension nominale souhaitée. Il est important de noter que la régulation de tension doit généralement être effectuée après la mise hors tension de la charge connectée au transformateur.

11. Quels sont les petits transformateurs couramment utilisés ? Où sont-ils utilisés ?

Les petits transformateurs désignent les transformateurs monophasés d'une capacité inférieure à 1 kVA, qui sont principalement utilisés comme transformateurs de puissance pour la commande d'équipements électriques, transformateurs de puissance pour équipements électroniques et transformateurs de puissance pour l'éclairage de sécurité.

12. Quelles sont les pertes du transformateur en fonctionnement ? Comment réduire ces pertes ?

Les pertes lors du fonctionnement d'un transformateur comprennent deux parties :

(1) est causée par le noyau de fer. Lorsque la bobine est alimentée, en raison des lignes de champ magnétique alternatif, des pertes par courants de Foucault et par hystérésis dans le noyau de fer sont provoquées, qui sont collectivement appelées pertes fer.

(2) Elle est due à la résistance de la bobine elle-même. Lorsqu'un courant traverse la bobine primaire et la bobine secondaire du transformateur, une perte de puissance se produit ; cette perte est appelée perte par effet Joule.

La somme des pertes fer et des pertes cuivre représente les pertes du transformateur. Ces pertes dépendent de la puissance du transformateur, de la tension et du taux d'utilisation de l'équipement. Par conséquent, lors du choix d'un transformateur, sa puissance doit correspondre autant que possible à l'utilisation réelle de l'équipement afin d'optimiser son taux d'utilisation. Il convient également d'éviter de faire fonctionner le transformateur à charge réduite.

13. Quelle est la plaque signalétique du transformateur ? Quelles sont les principales données techniques qui y figurent ?

La plaque signalétique du transformateur indique ses performances, ses spécifications techniques et ses applications, et permet à l'utilisateur de faire son choix. Les principales données techniques à prendre en compte sont généralement :

(1) Puissance apparente nominale (kVA). Autrement dit, la puissance de sortie du transformateur en fonctionnement nominal. Par exemple, puissance apparente d'un transformateur monophasé = U ligne × I ligne ; puissance apparente d'un transformateur triphasé = U ligne × I ligne.

(2) Tension nominale en volts. La tension aux bornes de l'enroulement primaire et celle de l'enroulement secondaire (lorsqu'il n'est pas connecté à la charge) sont indiquées. Notez que la tension aux bornes du transformateur triphasé correspond à la tension de ligne U_ligne.

(3) Intensité nominale. Désigne l'intensité du courant de ligne I_ligne qui peut traverser l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire pendant une durée prolongée, dans les conditions de puissance nominale et d'élévation de température admissible.

(4) Rapport de tension. Désigne le rapport entre la tension nominale de la bobine primaire et la tension nominale de la bobine secondaire.

(5) Méthode de câblage. Les transformateurs monophasés ne possèdent qu'un seul ensemble d'enroulements haute et basse tension et sont exclusivement destinés à un usage monophasé. Les transformateurs triphasés, quant à eux, sont de type étoile/triangle (Y/△). Outre ces caractéristiques techniques, il convient de prendre en compte la fréquence nominale du transformateur, le nombre de phases, l'échauffement, le pourcentage d'impédance, etc.

14. Comment choisir un transformateur ? Comment déterminer la capacité raisonnable du transformateur ?

Il est tout d'abord nécessaire d'étudier la tension d'alimentation du lieu de consommation électrique, la charge électrique réelle de l'utilisateur et les conditions environnementales, puis de sélectionner le transformateur en fonction des caractéristiques techniques indiquées sur sa plaque signalétique. De manière générale, la puissance, la tension, le courant et les conditions environnementales du transformateur doivent être pris en compte. Le choix de la puissance du transformateur doit être déterminé en fonction de la puissance, du type et de la durée d'utilisation des équipements électriques de l'utilisateur afin de répondre à la charge requise.

En fonctionnement normal, la charge du transformateur doit représenter environ 75 à 90 % de sa puissance nominale. Si, en cours de fonctionnement, la charge réelle mesurée est inférieure à 50 %, le transformateur de faible puissance doit être remplacé. Si la puissance nominale du transformateur est supérieure à sa puissance nominale, le transformateur de forte puissance doit être remplacé immédiatement.

Lors du choix du transformateur, la tension de son enroulement primaire est déterminée en fonction du réseau électrique, tandis que celle de son enroulement secondaire est sélectionnée selon l'équipement électrique. Il est préférable d'opter pour une alimentation triphasée basse tension à quatre fils, capable de fournir simultanément l'alimentation électrique et l'éclairage.

Pour le choix du courant, il convient de noter que la charge doit pouvoir répondre aux besoins du moteur au démarrage (car le courant de démarrage du moteur est 4 à 7 fois supérieur à celui du fonctionnement en régime permanent).

15. Pourquoi le transformateur ne peut-il pas être surchargé ?

Le terme « surcharge » désigne le fonctionnement du transformateur qui dépasse la valeur de courant spécifiée sur la plaque signalétique.

On distingue la surcharge normale et la surcharge accidentelle. La première correspond à une augmentation de la consommation électrique de l'utilisateur dans des conditions d'alimentation normales. Elle entraîne souvent une hausse de la température du transformateur, un vieillissement prématuré de son isolation et une réduction de sa durée de vie. C'est pourquoi le fonctionnement d'un transformateur en cas de surcharge est interdit.

Dans des circonstances particulières, le fonctionnement en surcharge du transformateur sur une courte période ne doit pas dépasser 30 % de la charge nominale (hiver) et ne doit pas dépasser 15 % en été.

16. Quels types de tests le transformateur doit-il effectuer pendant son fonctionnement ?

Afin d'assurer le bon fonctionnement du transformateur, les tests suivants doivent être effectués fréquemment :

(1) Contrôle de température. Le bon fonctionnement d'un transformateur dépend fortement de sa température. La réglementation stipule que la température de l'huile supérieure ne doit pas dépasser 85 °C (soit une élévation de température de 55 °C). Les transformateurs sont généralement équipés de dispositifs de mesure de température spécifiques.

(2) Mesure de la charge. Afin d'optimiser le taux d'utilisation du transformateur et de réduire les pertes d'énergie électrique, il est indispensable de déterminer, lors de son fonctionnement, la puissance admissible. Cette mesure est généralement effectuée pendant les périodes de pointe de consommation électrique saisonnière, à l'aide d'une pince ampèremétrique. L'intensité mesurée doit représenter entre 70 % et 80 % du courant nominal du transformateur. Tout dépassement indique une surcharge et nécessite une intervention immédiate.

(3) Mesure de la tension. La réglementation exige que la variation de tension soit comprise dans une plage de ±5 % de la tension nominale. Si cette plage est dépassée, des prises doivent être utilisées pour ajuster la tension et la ramener dans la plage spécifiée. Généralement, un voltmètre est utilisé pour mesurer respectivement la tension aux bornes de l'enroulement secondaire et la tension aux bornes de l'utilisateur final.

(4) Mesure de la résistance d'isolement. Afin de maintenir le transformateur en bon état de fonctionnement, il est impératif de mesurer sa résistance d'isolement pour prévenir le vieillissement de l'isolation et les risques d'accident. Lors de la mesure, il convient d'arrêter le transformateur et d'utiliser un vibromètre pour mesurer la résistance d'isolement. La valeur mesurée ne doit pas être inférieure à 70 % de la valeur mesurée précédemment. Lors de l'utilisation du vibromètre, une tension de 500 volts peut être appliquée à la bobine basse tension.