Comprendre les transformateurs de puissance : fonctions, types et principes de fonctionnement

Savez-vous que différents types de transformateurs sont utilisés dans la gestion de l'énergie électrique ? Parmi ces appareils, les transformateurs de puissance sont parmi les plus importants. Ces transformateurs sont utilisés dans presque toutes les industries pour augmenter ou diminuer les niveaux de tension requis. Mais même s'ils sont couramment utilisés dans l'industrie, vous vous demandez peut-être ce que sont exactement les transformateurs de puissance et comment ils fonctionnent.

Nous avons donc créé un article informatif qui explique toutes les informations que l’on devrait avoir sur les transformateurs de puissance électrique, y compris leurs fonctions, leurs classifications et leurs principes de fonctionnement.

1) Que sont les transformateurs de puissance ?

Un transformateur de puissance est un dispositif statique qui relie deux ou plusieurs circuits et qui est capable de transférer de l'énergie électrique entre les circuits sans modifier la fréquence. L'appareil fonctionne sur une alimentation en courant alternatif et ne comporte aucun composant mobile/rotatif.

Les transformateurs de puissance sont répartis en trois catégories selon leur utilisation :

• Transformateurs de grande puissance : Généralement d'une capacité de 100 MVA et plus.
• Transformateurs de moyenne puissance : Environ 100 MVA.
• Transformateurs de faible puissance : Leur puissance nominale est comprise entre 500 et 7500 XNUMX kVA.

Pour fournir la tension, un transformateur est divisé en deux parties, l'une comportant un circuit basse tension à courant élevé et l'autre un circuit basse tension à courant élevé. Le fonctionnement du transformateur de puissance peut être contrôlé selon la loi d'induction de Faraday qui régit le réseau électrique, ce qui implique que tout équipement électrique connecté au système électrique fonctionne aux tarifs alloués par le transformateur.

➔  Transformateurs de puissance Delixi

Chez Delixi vise à fournir des transformateurs de puissance dans toutes les capacités nominales, allant normalement de 30 KVA à 20,000 XNUMX KVA. Nos transformateurs sont utilisés pour toutes les utilisations intérieures et extérieures. Notre produit est le Transformateur de puissance série SZ11-33kV.

Ce transformateur est une bête conçue pour fonctionner avec une efficacité élevée et une faible perte d'énergie. En ce qui concerne les conditions environnementales, il peut résister jusqu'à 1000 m d'altitude et à des températures de l'air comprises entre -45°C et +40°C.

2) Principe de fonctionnement des transformateurs de puissance

Généralement, un transformateur est constitué de deux enroulements principaux : l'un est l'enroulement primaire et le second est l'enroulement secondaire, tous deux enroulés autour du même noyau magnétique.

Le principe de fonctionnement du transformateur de puissance est basé sur la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Elle stipule qu'un changement dans le flux magnétique à travers une bobine crée une force électromotrice (FEM) dans la bobine. Cela peut être mieux compris en quelques étapes qui sont expliquées comme suit :

Étape 1) Un courant alternatif (CA) traverse l'enroulement primaire du transformateur et produit un champ magnétique variable dans le temps dans l'enroulement primaire.

Étape 2) Le flux magnétique circule à travers le noyau du transformateur, qui relie les enroulements primaires et secondaires.

Étape 3) Le changement dans un champ magnétique induit une tension dans l'enroulement secondaire conformément à la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique.

Étape 4) La tension induite est déterminée par le rapport de tours qui est le rapport entre le nombre de tours de l'enroulement secondaire et celui du primaire.

Lorsque le nombre de spires de l'enroulement secondaire est supérieur à celui du primaire, on parle de transformateur élévateur. À l'inverse, un transformateur diminue la tension lorsque l'enroulement secondaire comporte moins de spires et on dit alors qu'il abaisse la tension.

Étape 5) Enfin, la puissance est transmise via l’enroulement secondaire à la charge connectée.

3) Types de transformateurs de puissance

Il existe certains paramètres permettant de regrouper les transformateurs de puissance en classes. Ces paramètres comprennent :

• Basé sur la conception du noyau et de l'enroulement
• Basé sur le rapport de rotation
• Bases sur les phases
• Basé sur des matériaux de base

➔  Basé sur la conception du noyau et de l'enroulement

i) Transformateurs de type Berry : Ces circuits ont été conçus de telle manière que le noyau ressemble aux rayons d'une roue avec de nombreux circuits magnétiques indépendants, généralement au nombre de deux. L'avantage de cette méthode est qu'elle utilise des circuits magnétiques distribués.

ii) Transformateurs à noyau : Le noyau est constitué de deux bandes d'acier en forme de L jointes, empilées pour former des couches. Lors de la construction de transformateurs, il faut éviter les joints continus pour aider à réduire la réluctance au niveau des joints. Les membres et la culasse du noyau transportent le flux magnétique.

iii) Transformateurs de type coque : Dans ces transformateurs, les bobines secondaires et primaires sont entièrement enfermées dans le noyau métallique. Une bande d'acier de type E et une de type I sont superposées pour former le noyau. Le membre central du noyau transporte la totalité du flux magnétique, tandis que la moitié du flux est gérée par les membres latéraux.

➔  Basé sur le rapport de rotation (Ns/Np)

iv) Transformateurs d’isolement : Ils ont le même nombre de spires primaires et secondaires, ce qui équivaut à un rapport de 1:1. Leur fonction de base est d'isoler la charge de la source d'alimentation. Souvent, ces transformateurs sont utilisés avec des ordinateurs, des instruments de mesure, des machines, des appareils médicaux et d'autres appareils sensibles.

v) Transformateurs abaisseurs : Ils ont un rapport de tours inférieur à 1, dans ce cas le nombre de tours dans le primaire est supérieur à celui du secondaire. Ils transforment une entrée à haute tension et faible courant côté primaire en une sortie à basse tension et courant élevé côté secondaire.

vi) Transformateurs élévateurs de tension : Le transformateur comporte normalement plus de spires dans l'enroulement secondaire que dans l'enroulement primaire, le rapport de spires est donc supérieur à 1. Ce changement de conception prend un amplificateur d'entrée à faible énergie à haute tension et le convertit en une sortie à faible énergie à courant élevé.

➔  Basé sur les phases

vii) Autotransformateurs : Les autotransformateurs fonctionnent sur un principe d'auto-induction grâce à une structure multi-dispositifs en cascade à plusieurs enroulements comprenant un seul enroulement connecté à différentes bornes pour obtenir n'importe quelle valeur nominale d'une tension souhaitée sans utiliser de transformateur dédié. Ils sont utilisés dans les moteurs à induction, les réseaux de transport urbain, les chemins de fer, l'audio et divers systèmes turbo légers.

viii) Transformateurs monophasés : Ces transformateurs sont dotés d'un seul enroulement primaire et secondaire et produisent donc une seule tension alternative, dont la sortie est une onde sinusoïdale. Ces modèles sont couramment utilisés dans les applications résidentielles et commerciales légères dans les zones suburbaines où la demande en énergie est moindre.

ix) Transformateurs triphasés : Constitués de trois paires d'enroulements primaires et secondaires, ces transformateurs peuvent être formés par la connexion de trois transformateurs monophasés indépendants, ou les enroulements peuvent être incorporés dans un seul noyau laminé. Ils produisent un courant alternatif triphasé à travers plusieurs conducteurs. Ils sont avantageux pour l'alimentation des moteurs à usage intensif et des systèmes de distribution d'énergie.

➔  Basé sur le matériau de base

x) Transformateurs à noyau d'air : Il n'y a pas de noyau physique, et seuls les enroulements primaires et secondaires sont isolés et enroulés dans un matériau solide qui, dans la plupart des cas, est un matériau diélectrique. De tels transformateurs ont une application typique dans la gamme des fréquences radio et sont adaptés à un fonctionnement rigoureux à haute fréquence.

xi) Transformateurs à noyau de ferrite : Les noyaux sont composés de ferrite, une forme de matériau céramique constituée d'oxydes de fer et d'autres ingrédients tels que le zinc, le nickel et le manganèse. Les matériaux ferrites présentent de faibles pertes par courants de Foucault qui permettent une perméabilité magnétique élevée, c'est pourquoi les noyaux ferrites sont utilisés pour les applications haute fréquence en électronique.

xii) Transformateurs à noyau de fer : Les transformateurs à noyau de fer sont construits à partir de feuilles de fer laminées offrant une très faible réluctance magnétique. Ils constituent le type de transformateur le plus courant pour plusieurs applications en raison des zones de flux magnétique à haut rendement.

xiii) Transformateurs à noyau toroïdal : Les transformateurs toroïdaux sont dotés de noyaux annulaires généralement en fer ou en ferrite, autour desquels sont enroulés les enroulements. La configuration structurelle améliore l'efficacité de la bobine en minimisant les fuites de flux magnétique et en maximisant ainsi l'inductance et les facteurs Q. Les transformateurs toroïdaux sont largement utilisés dans les télécommunications, la distribution d'énergie et les systèmes de contrôle industriels.

4) Fonctions des transformateurs de puissance

La transmission et la distribution de l'électricité peuvent être réalisées rapidement, en toute sécurité et même de manière économique en utilisant des transformateurs de puissance. Vous trouverez ci-dessous une description des fonctions générales assurées par les transformateurs de puissance :

? Transformation de tension :

• Tension d'élévation : Les transformateurs de puissance des centrales électriques élèvent les tensions à des niveaux assez élevés pour la transmission sur de longues distances afin de minimiser les pertes d'énergie.

• Tension d'abaissement : Les transformateurs de puissance abaissent les tensions jusqu'à des niveaux acceptables pour une transmission et une distribution sûres aux maisons, aux entreprises et aux industries dans des sous-stations plus proches des clients.

? Isolation des circuits électriques : Les transformateurs de puissance servent à séparer une partie du système électrique de l'autre en fournissant une isolation électrique entre le côté production et le côté distribution.

? Transmission d'énergie sur de longues distances : Permet de transférer l'électricité sur de longues distances avec moins de pertes techniques en augmentant le niveau de tension au niveau de la production et en l'abaissant au niveau de la distribution à l'aide de l'action du transformateur. Cela contribue à assurer une alimentation électrique constante et fiable.

? Maintenir le système stable et efficace : Les transformateurs de puissance contribuent à la stabilisation du réseau électrique en contrôlant les niveaux de tension, assurant ainsi un flux intelligent d'énergie électrique et évitant la congestion des lignes de transmission.

? Protection contre les surcharges et les défauts : Les transformateurs de puissance aident à protéger contre certains défauts électriques tels que les fusibles, les disjoncteurs et les relais qui peuvent protéger contre les surcharges, les courts-circuits et autres défauts électriques. Ce type de protection peut réduire les risques de panne du transformateur, de perte d'alimentation électrique et de risque d'incendie électrique, et améliore la fiabilité du système et la sécurité de l'ensemble du système.

? Adaptation de la puissance à différentes applications : Différents transformateurs permettent d'ajuster les caractéristiques de l'alimentation électrique en fonction de certains paramètres qui peuvent inclure la haute tension utilisée par les machines industrielles jusqu'aux niveaux de basse tension utilisés par les appareils électroménagers.

➔ Conclusion

Les transformateurs de puissance assurent le bon fonctionnement de notre monde. Ils améliorent la transmission de l'énergie, réduisent les pertes d'énergie et assurent l'alimentation des usines, des maisons et d'autres structures. Si vous avez déjà pensé à la manière dont l'électricité arrive dans votre maison ou votre lieu de travail, merci aux transformateurs qui font ce travail en silence.

Que vous travailliez dans le secteur de l'énergie ou que vous soyez simplement intéressé, ces appareils sont tout à fait remarquables ! Et si vous cherchez à vous en procurer un, Delixi propose des transformateurs fiables et de haute qualité sur lesquels vous pouvez compter pour votre travail. Essayez Delixi et ressentez la différence !