20 faits fondamentaux sur les transformateurs – Tout ce que vous devez savoir !

 

 

Un transformateur de puissance, un pilier du génie électrique, se présente comme un dispositif statique conçu pour convertir la tension et le courant alternatifs (AC) d'un ensemble de valeurs à un autre. Avec deux enroulements ou plus, il orchestre la transmission transparente de l'énergie électrique en transformant la tension et le courant alternatifs d'un système en valeurs correspondantes pour un autre système par induction électromagnétique à la même fréquence, produisant souvent des valeurs de courant et de tension disparates.

 

Les transformateurs sont capables de transformer la tension et le courant alternatifs pour la transmission de l'énergie électrique, en tirant parti des principes fondamentaux de l'induction électromagnétique. Classés en fonction de leur utilisation, ils comprennent des transformateurs de puissance pour la transmission et la distribution, des transformateurs de test pour effectuer des tests de tension (suralimentation) et des transformateurs de mesure (PT, CT) pour les mesures électriques et la protection des relais. Les transformateurs spéciaux trouvent leur place dans des applications telles que les fours de fusion, les installations de soudage, les transformateurs redresseurs pour l'électrolyse et les transformateurs de régulation compacts.

 

Un transformateur de puissance, à sa base, accomplit la transformation de la tension et du courant alternatifs en générant un flux magnétique alternatif lorsque le courant alternatif circule dans l'enroulement primaire. Ce flux, induit par le noyau magnétique, génère une force électromotrice alternative dans l'enroulement secondaire. La force électromotrice induite est directement proportionnelle au nombre de tours, déterminant la tension. Le paramètre primordial est sa capacité nominale, exprimée classiquement en kVA ou MVA. Cette valeur nominale, une représentation symbolique de la puissance, garantit que le transformateur fonctionne dans les limites d'échauffement spécifiées sous la tension nominale.

 

Pour incarner l'efficacité énergétique, les transformateurs de puissance modernes sont souvent dotés de noyaux en alliage de fer amorphe, réputés pour leurs pertes à vide remarquablement faibles. Le processus de conception méticuleux donne la priorité non seulement à la protection de l’alliage amorphe des forces extérieures, mais également à une sélection précise de paramètres caractéristiques. Dans la symphonie de l’ingénierie électrique, les transformateurs de puissance apparaissent comme des maestros silencieux, dirigeant le flux d’énergie avec précision et efficacité.

 

 

Les transformateurs sont classés en différents types, notamment les transformateurs de distribution, les transformateurs de puissance, les transformateurs scellés, les transformateurs combinés, les transformateurs de type sec, les transformateurs immergés dans l'huile, les transformateurs monophasés, les transformateurs de four électrique, les transformateurs redresseurs, les réacteurs, les transformateurs résistant aux interférences, la foudre. transformateurs à l'épreuve des transformateurs, transformateurs de test de sous-station de type boîte, transformateurs déphaseurs, transformateurs à courant élevé et transformateurs d'excitation.

 

 

 

 

 

Les composants du transformateur se composent principalement d'un noyau et de bobines, ainsi que de composants tels que le réservoir d'huile, le coussin d'huile, le manchon isolant et le changeur de prises.

 

 

 

 

 

Les transformateurs élèvent non seulement la tension pour fournir de l'énergie électrique aux zones de consommation, mais réduisent également la tension à différents niveaux pour répondre aux exigences de consommation électrique. En résumé, l’augmentation et la diminution de la tension sont des tâches accomplies par les transformateurs.

 

 

 

Lorsque le volume d'huile de transformateur augmente ou se contracte avec le changement de température de l'huile, le coussin d'huile joue un rôle dans le stockage et le réapprovisionnement en huile, garantissant ainsi que le réservoir d'huile est rempli d'huile. De plus, avec l’installation du coussin d’huile, la surface de contact entre le transformateur et l’air est réduite, ralentissant ainsi le taux de dégradation de l’huile. Le côté du coussin d'huile est également équipé d'une jauge de niveau d'huile pour surveiller les changements de niveau d'huile. Il existe principalement trois formes d'oreillers d'huile : le type ondulé, le type capsule et le type diaphragme.

 

 

 

Dans les transformateurs opérationnels, la différence de température entre les couches d'huile supérieure et inférieure fait circuler l'huile dans le purificateur d'huile. Les substances nocives présentes dans l'huile, telles que l'humidité, le carbone libre, les oxydes, etc., sont absorbées par le gel de silice du purificateur d'huile pendant la circulation de l'huile. Ce processus purifie l'huile, conserve ses excellentes propriétés électriques et chimiques et contribue à la régénération de l'huile du transformateur.

 

 

D'après le principe de fonctionnement du transformateur, on peut comprendre que le courant entre dans l'enroulement primaire et sort de l'enroulement secondaire. Lorsque la direction du courant alternatif d’entrée change continuellement, il génère un champ magnétique qui varie de manière synchrone avec le courant. L'ampleur et la direction du champ magnétique changent continuellement, induisant ainsi un courant dans la bobine secondaire. La tension à chaque tour de la bobine est égale et plus il y a de tours dans la bobine secondaire, plus la tension de sortie de la bobine secondaire est élevée.

 

 

Si le nombre de tours dans la bobine primaire est supérieur à celui de la bobine secondaire, la tension sur la bobine secondaire diminuera, c'est ce qu'on appelle un transformateur abaisseur. À l'inverse, si le nombre de spires dans la bobine primaire est inférieur à celui de la bobine secondaire, la tension sur la bobine secondaire augmentera, c'est ce qu'on appelle un transformateur élévateur.

 

 

Un autotransformateur n'a qu'un seul jeu de bobines, la bobine secondaire étant dérivée de la bobine primaire. Outre l’induction électromagnétique, ce type de transformateur implique également le transfert d’énergie électrique. Les autotransformateurs nécessitent généralement moins de tôles d'acier au silicium et de fils de cuivre que les transformateurs conventionnels et sont couramment utilisés pour la régulation de tension.

 

 

 

Le taux de régulation de tension est l'un des principaux indicateurs de performance d'un régulateur de tension. Lorsque le transformateur alimente la charge, la tension à l’extrémité charge du transformateur diminuera inévitablement. Le taux de régulation de tension est calculé en comparant la valeur de tension diminuée avec la tension nominale et en l'exprimant en pourcentage. La formule est la suivante : Taux de régulation de tension=[(Tension nominale secondaire - Tension de fin de charge)/Tension nominale secondaire] × 100 %. Pour les transformateurs de puissance typiques, le taux de régulation de tension est de 4 % à 6 % lorsqu'il est connecté à la charge nominale.

 

 

En fonctionnement normal, le facteur de charge de la courbe de charge journalière des transformateurs est généralement inférieur à 1.

 

Selon le principe du vieillissement équivalent, tant que la durée de vie accrue due aux pertes supplémentaires en cas de surcharge compense la durée de vie réduite due à la réduction des pertes en cas de sous-charge, la durée de vie spécifiée peut toujours être atteinte. La capacité de surcharge normale d’un transformateur est établie sur la base du principe de ne pas sacrifier la durée de vie normale.

 

Pendant tout l'intervalle de temps, tant que le taux de vieillissement de l'isolement du transformateur est inférieur ou égal à 1 et satisfait aux conditions suivantes :

1. Pendant la période de surcharge, la température du point le plus chaud de l'enroulement ne doit pas dépasser 140 degrés et la température de la couche d'huile supérieure ne doit pas dépasser 95 degrés.

2. La surcharge maximale du transformateur ne doit pas dépasser 50 % de la charge nominale.

 

 

Des tensions trop élevées ou trop basses peuvent affecter le fonctionnement normal et la durée de vie des transformateurs, nécessitant une régulation de la tension.

 

 

Les petits transformateurs font référence aux transformateurs monophasés d'une capacité de 1 kVA ou moins. Ils sont principalement utilisés comme transformateurs de puissance pour contrôler les équipements électriques, comme transformateurs de puissance pour les appareils électroniques et comme transformateurs de puissance pour l'éclairage de sécurité.

 

 

1. Perte de fer causée par le noyau de fer. Lorsque la bobine est alimentée, le champ magnétique alternatif induit des courants de Foucault et une perte par hystérésis dans le noyau de fer.

2. Perte de cuivre causée par la résistance de la bobine elle-même. Lorsqu’un courant circule dans les bobines primaire et secondaire du transformateur, une perte d’énergie électrique se produit.

 

 

1. Définissez clairement le but. Que ce soit pour augmenter ou diminuer la tension.

2. Spécifiez clairement la phase d'alimentation. Monophasé ou triphasé.

3. Définissez clairement l'utilisation et l'environnement. Choisissez la méthode de refroidissement du transformateur.

4. En fonction de l'utilisation réelle et du budget, décidez du matériau de la bobine (cuivre/aluminium).

5. Sélectionnez en fonction des paramètres nominaux du transformateur, y compris la tension nominale, le courant nominal et la capacité nominale.

 

 

Lors du fonctionnement normal d'un transformateur de puissance, le noyau de fer doit disposer d'une mise à la terre fiable. Si elle n'est pas mise à la terre, la tension flottante du noyau de fer vers la terre peut provoquer une décharge intermittente, éliminant ainsi la possibilité de former un potentiel flottant du noyau de fer vers la terre après la mise à la terre d'un point.

 

Cependant, lorsqu'il y a plus de deux points de mise à la terre pour le noyau de fer, un potentiel inégal entre les points de mise à la terre formera un courant de circulation, conduisant à des défauts de chauffage à la terre multiples du noyau de fer. Le défaut de mise à la terre du noyau de fer du transformateur peut provoquer une surchauffe locale du noyau de fer. Dans les cas graves, l'élévation locale de la température du noyau de fer augmente, conduisant à une action gazeuse mineure, voire importante, entraînant des accidents de déclenchement.

 

 

Le point de connexion commun où la première (ou la dernière) extrémité d’un enroulement triphasé est connectée est appelé point neutre de la source d’alimentation. Lorsque le point neutre de la source d’alimentation est bien connecté au dispositif de mise à la terre, ce point neutre est appelé point zéro. Le fil partant du point zéro est alors appelé fil neutre.

 

 

Le compteur d'énergie peut indiquer simultanément la puissance active et réactive, effectuer un comptage, afficher le facteur de puissance, les courbes de charge, la charge maximale, le temps de charge minimum, etc. ;

Le wattmètre ne peut indiquer que des valeurs de puissance active ou réactive.

 

 

L'apparition de fissures dans la gaine réduira la résistance de l'isolation, ce qui entraînera des dommages supplémentaires à l'isolation jusqu'à une rupture complète. Le gel de l’eau dans les fissures peut également provoquer une dilatation et une fissuration de la gaine.

 

 

Le dispositif central de signalisation comprend des signaux d'alarme et des signaux de pré-alarme, installés sur le panneau central de signalisation dans la salle de contrôle principale de la sous-station. Lorsque le disjoncteur d'un appareil de distribution dans la sous-station se déclenche en raison d'un défaut, le signal d'alarme est activé. Le signal de pré-alarme est activé en cas de fonctionnement anormal ou de panne d'alimentation. Le signal d'alarme et le signal de pré-alarme sont équipés de dispositifs de signalisation sonore et visuelle. Le signal sonore attire l'attention du personnel de service, tandis que le signal visuel aide le personnel de service à évaluer la nature et l'emplacement du défaut.

 

 

Une surtension interne est causée par un changement soudain de l'état du système dû à des opérations, des accidents ou d'autres raisons, conduisant à une transition d'un état stable à un autre. Au cours de ce processus, des conditions de surtension dangereuses pour le système peuvent survenir.

 

 

1. Fonction de contrôle : lorsqu'il y a un courant à vide ou une charge de courant élevée dans le circuit, il peut rapidement se déconnecter ou se fermer pour contrôler l'ensemble du circuit.

 

2. Fonction de protection : en cas de défaut de circuit, tel qu'un court-circuit ou un circuit ouvert, il peut utiliser la capacité d'interruption de courant du disjoncteur haute tension. Grâce à cette fonction de protection, il peut éviter les problèmes dans le circuit.

 

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