Transformateur de puissance : principe de fonctionnement, classification et recommandations de sélection

Qu'est-ce qu'un transformateur de puissance ?

Un transformateur de puissance est un dispositif électromécanique qui trouve un large éventail d'applications, notamment dans les domaines de l'électroménager, de l'énergie électrique, de la radioélectronique et de la radiotechnique. Sa fonction principale est de transférer l'électricité entre différents circuits par induction magnétique, en modifiant le niveau de tension selon les besoins. Les transformateurs de puissance répondent à diverses exigences en matière de transmission d'énergie en convertissant le courant alternatif d'une tension en courant alternatif d'une autre tension, tout en maintenant une fréquence de courant stable.

Les transformateurs sont les appareils électriques les plus courants dans l'industrie et dans la vie quotidienne. Leur principale fonction est de réduire ou d'augmenter la tension entre la source d'énergie et le consommateur, en fonction des exigences de la charge. Les transformateurs sont également largement utilisés dans les circuits électriques pour convertir le courant alternatif en courant continu. En modifiant la tension, les transformateurs de puissance peuvent transmettre efficacement l'électricité et assurer un fonctionnement stable du système d'alimentation.

Conception du transformateur de puissance à bain d'huile Evernew Transformer

Quels sont les éléments d'une alimentation par transformateur ?

Le transformateur d'alimentation comprend un ou plusieurs enroulements individuels qui sont dans le même flux magnétique et enroulés sur un noyau magnétique fait d'un matériau ferromagnétique.

Les principaux composants d'un transformateur de puissance :

  • Corps (cadre) ;
  • Enroulements;
  • Circuit magnétique ;
  • Pistes et connexions ;
  • L'isolement ;
  • Régulation de la tension ;
  • Système de refroidissement ;
  • Accessoires en option.

Magnétocoupleur sert à renvoyer le flux magnétique et présente une résistance au flux magnétique réduite. Les enroulements sont constitués de deux types de conducteurs en aluminium. L'enroulement primaire reçoit le courant d'une source externe et l'enroulement secondaire assure la réduction de la tension. Chaque enroulement est constitué d'éléments triphasés connectés en étoile, en triangle, en dents de scie ou en Z.

Conclusions sont utilisées pour alimenter le transformateur en courant. Selon le type de transformateur, les bornes peuvent être équipées d'une barrière à l'huile, d'une isolation polymère, SF6 ou papier-huile.

Régulation de la tension permet de modifier le rapport de transformation en changeant le nombre de tours dans les enroulements. Les dispositifs supplémentaires comprennent des relais de gaz, des indicateurs de température, des sécheurs, un système de récupération continue de l'huile et des indicateurs de niveau d'huile.

Chaque transformateur de puissance est constitué d'un noyau magnétique et de plusieurs enroulements en matériaux ferromagnétiques. Il s'agit généralement de tôles spéciales pour transformateurs aux propriétés magnétiques douces, qui sont empilées de manière à ce que la section transversale du noyau sous les enroulements soit proche d'un cercle. Pour augmenter l'efficacité de l'appareil et réduire les pertes, les connexions entre les tôles sont fermées.

Les enroulements des transformateurs sont généralement en cuivre, avec une section rectangulaire ou circulaire, et chaque enroulement est isolé à la fois du noyau magnétique et des enroulements voisins. Des espaces techniques sont laissés entre les couches d'enroulement pour la circulation du fluide de refroidissement.

Tout transformateur comporte au moins deux enroulements : un enroulement primaire (qui reçoit le courant) et un enroulement secondaire (qui modifie la tension et transmet le courant).

Principe de fonctionnement d'un transformateur électrique

Le principe de fonctionnement d'un transformateur de puissance est basé sur le phénomène d'induction électromagnétique. Lorsqu'un courant alternatif est appliqué à l'enroulement primaire, il crée un flux magnétique alternatif dans le noyau magnétique. Ce flux magnétique se referme sur le noyau magnétique, formant un couplage entre les enroulements, ce qui provoque une force électromotrice (FEM) induite. Une tension et un courant sont générés dans l'enroulement secondaire auquel la charge est connectée.

Un certain rapport de tours entre les enroulements primaire et secondaire est utilisé pour obtenir la tension secondaire requise. Un transformateur de puissance possède la propriété de réversibilité, qui lui permet de fonctionner à la fois pour une tension ascendante et descendante. Par exemple, dans un transformateur élévateur, la tension sur l'enroulement primaire sera inférieure à celle sur l'enroulement secondaire.

Types de transformateurs de puissance

Les transformateurs de puissance peuvent être classés en fonction de diverses caractéristiques, notamment l'usage, la capacité, le type de circuit magnétique, le nombre de phases et d'autres paramètres.

Par objectif Les transformateurs de puissance peuvent être divisés en

  • Transformateurs abaisseurs - sont utilisés pour passer d'une tension plus élevée à une tension plus basse dans les réseaux de distribution.
  • Transformateurs élévateurs - sont utilisés pour augmenter la tension afin de transmettre l'électricité sur de longues distances.

Par type de circuit magnétique Les transformateurs sont divisés en :

  • Transformateurs blindés - ont un conducteur magnétique constitué de plaques de type "E", isolées les unes des autres par du vernis. Ces dispositifs ont un flux magnétique non uniforme et sont faciles à monter. Ils sont généralement utilisés dans les gros appareils ménagers.
  • Transformateurs de piliers - ont une méthode d'installation du bobinage et une conception du circuit magnétique différentes. Le circuit magnétique est constitué de bandes d'acier électrique. Ces appareils se distinguent par le fait que les enroulements se trouvent à l'extérieur, contrairement aux appareils blindés.
  • Transformateurs à noyau magnétique annulaire - sont les plus efficaces, mais leur production est complexe et nécessite beaucoup de main-d'œuvre. Le noyau magnétique est une structure en anneau fermé et les bobines sont enroulées directement sur le noyau magnétique. Le coût de ces transformateurs est généralement plus élevé en raison de leur production à forte intensité de main-d'œuvre.

Par nombre de phases il y a des transformateurs :

  • Monophasé - sont utilisés pour les petits consommateurs ou dans les réseaux de distribution.
  • Triphasé - sont plus courants, utilisés dans les réseaux électriques, en particulier dans les grandes stations de conversion et les installations industrielles.

Par type de refroidissement:

  • Transformateurs à sec - sont refroidis à l'air, ce qui les rend idéaux pour une installation dans des zones où les exigences en matière de sécurité sont élevées.
  • Transformateurs à l'huile - sont utilisés pour des capacités plus importantes où le refroidissement est assuré par de l'huile, qui isole les enroulements et aide à dissiper la chaleur.

Lors de l'installation:

  • Pour une installation à l'intérieur - ces transformateurs sont généralement utilisés pour la distribution d'électricité dans des zones fermées telles que les postes de transformation.
  • Pour l'installation à l'extérieur - sont conçus pour être utilisés dans des environnements ouverts, par exemple dans des réseaux de distribution ou de grandes usines.

Par la puissance Les transformateurs de puissance peuvent être classés comme suit :

  • Jusqu'à 100 kVA, jusqu'à 35 kV
  • 100 - 1000 kVA, jusqu'à 35 kV
  • 1000 - 6300 kVA, jusqu'à 35 kV
  • 6300 kVA et plus, jusqu'à 35 kV
  • Jusqu'à 32 000 kVA, 35 - 110 kV
  • 32 000 - 80 000 kVA, jusqu'à 330 kV
  • 80 000 - 200 000 kVA, jusqu'à 330 kV
  • Plus de 200 000 kVA, plus de 330 kV

Autres caractéristiques importantes:

  • Disponibilité d'un régulateur de tension de sortie - Certains modèles ont la capacité d'ajuster la tension de sortie pour maintenir des paramètres stables.
  • Version climatique - peuvent être des dispositifs fonctionnant dans des conditions climatiques extrêmes et normales.

Les transformateurs de puissance jouent un rôle essentiel dans la transmission et la distribution de l'électricité. Le choix du bon type de transformateur dépend de nombreux facteurs tels que la capacité, les conditions de fonctionnement et les exigences de sécurité.

Paramètres du transformateur de puissance

Lors du choix d'un transformateur de puissance, les caractéristiques importantes sont ses paramètres techniques, qui déterminent l'efficacité 和 la sécurité de son fonctionnement。 Voici les principaux paramètres auxquels vous devez prêter attention :

  • Puissance nominale:Définit la puissance maximale que le transformateur peut transmettre sans surchauffe. Pour les transformateurs à deux enroulements, il s'agit de la puissance de chaque enroulement, pour les transformateurs à trois enroulements, il s'agit de la puissance de chaque enroulement.

  • Tension nominale:Tension à laquelle le transformateur fonctionne dans des conditions normales à vide. Chaque enroulement a sa propre tension nominale.

  • Courant nominal:Le courant maximal que le transformateur peut transmettre pendant une longue période sans surchauffe.

  • Tension de court-circuit:La tension aux bornes des enroulements lors d'un court-circuit du côté secondaire, qui caractérise la résistance de l'enroulement.

  • Pertes en court-circuit:Les pertes d'énergie en court-circuit déterminent l'efficacité du fonctionnement du transformateur.

  • Pertes à vide:Les pertes d'énergie dans un transformateur lorsqu'il fonctionne à vide sont principalement dues à la saturation magnétique du noyau.

  • Courant de repos::Le courant circulant lorsque le transformateur fonctionne au ralenti, ce qui affecte les pertes d'énergie.

  • Rapport de transformation:Le rapport des tensions sur les enroulements primaire et secondaire qui détermine le degré de variation de la tension.

  • Facteur de puissance (COSφ)::Rapport entre la puissance active et la puissance totale, reflétant l'efficacité du transformateur.

  • Système de refroidissement:Système de refroidissement qui empêche le transformateur de surchauffer. Il peut être à air ou à liquide, selon la puissance de l'appareil.

Comment choisir un transformateur de puissance ?

Le choix d'un transformateur de puissance pour une usine dépend de plusieurs facteurs clés, notamment la puissance requise et le niveau de fiabilité de l'alimentation électrique. Il est important de reconnaître que, dans certains cas, pour assurer une alimentation électrique ininterrompue, il est nécessaire d'installer plusieurs transformateurs afin que, en cas de défaillance de l'un d'entre eux, les autres puissent prendre le relais. Cela implique également de prendre en compte les éventuelles surcharges qui peuvent survenir pendant le fonctionnement.

Paramètres clés pour la sélection des transformateurs :

  1. Puissance
    Pour choisir un transformateur, il est important de déterminer avec précision sa capacité requise, qui doit assurer un fonctionnement fiable de l'équipement. En cas de défaillance d'un appareil, les autres doivent pouvoir compenser son fonctionnement.

  2. Fiabilité et protection
    Lors du choix d'un transformateur, il convient de tenir compte de la disponibilité des systèmes de protection contre les différents défauts :

    • Protection contre les dommages internes : Le transformateur doit être équipé de dispositifs de contrôle du gaz, de la température, de la pression et du niveau d'huile afin d'éviter tout dysfonctionnement.
    • Protection contre les surcharges : Il est recommandé d'installer des transformateurs de courant dans chaque phase pour assurer une protection contre les surcharges. En outre, une protection différentielle est utilisée pour éviter les dommages.
  3. Conditions de refroidissement et de fonctionnement
    Le système de refroidissement du transformateur doit être adapté aux conditions de fonctionnement. En fonction de la capacité de l'appareil, différents systèmes de refroidissement peuvent être utilisés : refroidissement par air, refroidissement par huile ou utilisation d'équipements de refroidissement supplémentaires.

Série recommandée de transformateurs Evernew Transformer

Entreprise Transformateur Evernew offre une large gamme de transformateurs pour différents besoins, y compris des modèles avec différents niveaux de puissance et de tension.

  • Série TMG
    Pour les réseaux avec des tensions jusqu'à 10 kV, il est recommandé d'utiliser Transformateurs de la série TMG. Ils sont conçus pour être installés à l'extérieur et peuvent fonctionner sous des fluctuations de température et à des hauteurs allant jusqu'à 1000 mètres. La puissance des transformateurs de cette série varie de 25 à 1000 kVA. Les unités sont entièrement hermétiques et équipées de tous les capteurs nécessaires pour surveiller la pression, la température et le niveau d'huile. La protection contre la surpression est assurée par un système de compensation spécial.

  • Série TMGSU
    Les transformateurs de cette série sont des transformateurs triphasés qui assurent un fonctionnement stable tant pour les variations de tension que pour la symétrie des phases. Les transformateurs TMGSU sont équipés de vannes supplémentaires pour la protection contre les chutes de pression, ce qui évite d'endommager l'équipement en cas de surcharge ou d'erreur de fonctionnement.

  • Transformateurs pour hautes tensions (jusqu'à 500 kV)
    Pour les tensions plus élevées, de 35kV à 500kV, Evernew Transformer propose des transformateurs de 1MVA à 200MVA. Ces unités sont idéales pour les applications industrielles et fonctionnent dans des conditions climatiques variées afin de garantir une efficacité et une durabilité élevées. La gamme comprend tous les systèmes de protection et de surveillance nécessaires pour garantir un fonctionnement sûr pendant toute la durée de vie de l'appareil.

Types de transformateurs selon leur but et leur fonction :

  1. Transformateurs à huile (refroidis à l'huile)
    Convient aux installations nécessitant un degré élevé de protection et de durabilité. L'huile contenue dans le transformateur assure non seulement le refroidissement mais aussi l'isolation.

  2. Transformateurs à sec
    Ces unités utilisent le refroidissement par air, ce qui les rend plus respectueuses de l'environnement et plus sûres pour les applications résidentielles et commerciales. Ils sont idéaux pour être installés dans des zones où les exigences en matière de sécurité incendie sont élevées.

  3. Transformateurs de sous-stations
    Conçus pour la distribution de l'énergie dans les sous-stations électriques. Ces appareils peuvent être monophasés ou triphasés et sont généralement utilisés pour les systèmes d'alimentation à grande échelle.

  4. Transformateurs pour réseaux de distribution
    Ces transformateurs peuvent être installés partout où des changements de tension sont nécessaires pour alimenter des installations industrielles ou des quartiers résidentiels.

  5. Transformateurs pour applications spéciales
    Inclure les transformateurs conçus pour des applications spécifiques, telles que les systèmes d'énergie solaire ou éolienne, où un haut degré de stabilité et d'efficacité est important.

Recommandations pour la sélection :

  1. Tenir compte des conditions climatiques
    Selon la région d'exploitation, le choix du refroidissement et de la protection dépend des caractéristiques climatiques (par exemple, température, humidité, niveau de précipitations).

  2. Sélection de la puissance
    Il est nécessaire de calculer correctement la capacité du transformateur afin qu'il réponde aux besoins de votre équipement et garantisse un fonctionnement ininterrompu en cas de surcharge.

  3. Attention à la garantie et au service
    Assurez-vous que le transformateur est couvert par une garantie et qu'il existe une option de service et de remplacement des pièces en cas de défaillance.

Entreprise Transformateur Evernew propose des transformateurs fiables et de haute qualité qui assureront une alimentation électrique sûre et stable à votre entreprise.