Le bobinage du transformateur est la partie essentielle de l'appareil dans laquelle circule le courant électrique, créant ainsi le champ magnétique nécessaire à la transformation de l'énergie. Il est constitué de nombreuses spires, qui peuvent être faites de fils de cuivre ou d'aluminium. Le bobinage est l'élément principal par lequel l'énergie est transférée d'une bobine à l'autre, créant une tension électrique dans le circuit correspondant. Un transformateur peut avoir plusieurs enroulements : primaire (entrée) et secondaire (sortie), qui sont disposés sur un noyau magnétique. Les enroulements fournissent la variation de tension et de courant nécessaire au bon fonctionnement des systèmes électriques.
Conception du bobinage du transformateur
La conception du bobinage d'un transformateur implique plusieurs aspects importants tels que la disposition des conducteurs, le nombre de tours, la méthode de pose et le type d'isolation. La première étape consiste à sélectionner le conducteur, qui peut être rond ou plat, en fonction de la conception du transformateur. Le bobinage doit être conçu pour optimiser le refroidissement, la stabilité et la fiabilité.
Les principales caractéristiques de l'enroulement :
- Nombre de tours : détermine la tension à induire dans l'enroulement.
- Type de conducteur : peut être en cuivre ou en aluminium, ce qui influe sur la conductivité et le coût.
- Méthode d'enroulement : Le bobinage peut être enroulé en plusieurs couches ou en une seule couche, en fonction du type de transformateur et de sa capacité.
- L'isolement : est utilisé pour éviter les courts-circuits entre les bobines et pour assurer la sécurité.
Le bobinage du transformateur doit également être conçu pour minimiser les pertes d'énergie et optimiser les processus de refroidissement. Il est important de prendre en compte la résistance mécanique des matériaux afin qu'ils puissent supporter différentes charges et éviter les dommages pendant le fonctionnement de l'appareil.
Classification des enroulements de transformateurs
Il existe plusieurs types de bobinages, classés en fonction de leur conception et de leur fonction :
Enroulement cylindrique simple et multicouche
- Avantages : Facile à fabriquer et bonne dissipation de la chaleur.
- Inconvénients : Faible résistance mécanique.
Enroulement multicouche cylindrique avec fil plat
- Avantages : Processus de production facile, bonne capacité de remplissage du noyau magnétique.
- Inconvénients : Réduction de la surface de dissipation de la chaleur par rapport aux enroulements avec canaux de refroidissement radiaux.
Enroulement cylindrique multicouche avec fil rond
- Avantages : Facilité de production.
- Inconvénients : La résistance mécanique se détériore avec l'augmentation de la puissance, les propriétés de transfert de chaleur sont réduites.
Enroulements de fils plats (bifilaires et multifilaires)
- Avantages : Résistance mécanique élevée, bon refroidissement et isolation fiable.
- Inconvénients : Coût plus élevé que celui des enroulements cylindriques.
Bobinage continu avec fil plat
- Avantages : Résistance mécanique et électrique élevée, bon transfert de chaleur.
- Inconvénients : Nécessite un réajustement lors de l'enroulement d'une demi-bobine.
Enroulements avec feuille d'aluminium
- Avantages : Bon remplissage du noyau magnétique, haute résistance mécanique.
- Inconvénients : Processus de fabrication complexe pour les enroulements à haute tension.
Le choix du type de bobinage dépend donc de nombreux facteurs, notamment des exigences de puissance du transformateur, du type de refroidissement, de l'utilisation prévue et du coût.
Différents types de transformateurs et leurs enroulements en Russie
En fonction de leur fonction et de leur application, les transformateurs peuvent utiliser différentes conceptions de bobinage qui sont optimisées pour des conditions de fonctionnement spécifiques. Différents types de transformateurs sont fabriqués en Russie, chacun ayant des exigences particulières en matière de bobinage en fonction de son utilisation, de sa capacité et de sa classe de tension. Examinons plusieurs types de transformateurs et leurs enroulements correspondants :
1. Transformateurs de puissance (basse, moyenne et haute tension)
Transformateurs de puissance sont largement utilisés dans les systèmes électriques pour convertir la haute tension en basse tension et vice versa. Ces transformateurs se caractérisent par des enroulements qui peuvent être constitués de conducteurs plats ou ronds, selon le type de transformateur.
Bobinages pour transformateurs de puissanceLes bobinages cylindriques multicouches sont composés de fils plats ou ronds. Ils doivent avoir de bonnes propriétés d'échange thermique, une résistance mécanique élevée et une isolation fiable.
Capacités et tensionsDe 10 kVA à 500 MVA, avec des tensions d'exploitation de 6 kV à 220 kV.
2. Transformateurs de distribution
Transformateurs de distribution sont utilisés pour transmettre et distribuer l'électricité dans les complexes industriels et résidentiels. Ces dispositifs fonctionnent généralement à des tensions plus faibles et ont une capacité inférieure à celle des transformateurs de puissance.
Bobinages pour transformateurs de distributionLes transformateurs de l'UE sont constitués d'enroulements cylindriques à une ou plusieurs couches avec des fils plats. Ces transformateurs utilisent également des enroulements plats avec des conducteurs droits, ce qui permet de refroidir efficacement l'unité.
Capacités et tensionsde 10 à 1600 kVA, avec des tensions de fonctionnement de 6 (10) kV à 35 kV.
3. Transformateurs pour les chemins de fer (transformateurs ferroviaires)
Les transformateurs ferroviaires sont essentiels pour alimenter les lignes et les sous-stations ferroviaires. Ils doivent être très fiables et résistants aux influences extérieures.
Bobinages pour transformateurs ferroviairesles bobinages multicouches : en règle générale, on utilise des bobinages multicouches avec des fils plats et une résistance mécanique élevée, car ils fonctionnent dans des conditions extrêmes.
Capacités et tensionsDe 25 kVA à 1000 kVA, avec des tensions de fonctionnement jusqu'à 35 kV.
4. Transformateurs à des fins spéciales (par exemple, projets solaires et piscicoles)
Ces transformateurs sont utilisés dans des projets spécifiques tels que les centrales solaires et les projets visant à intégrer des panneaux solaires à l'aquaculture (par exemple, pour un approvisionnement durable en électricité).
Bobinages pour transformateurs spécialisésLes systèmes d'alimentation en eau : peuvent être fabriqués en utilisant des enroulements cylindriques multicouches avec une feuille d'aluminium pour améliorer le transfert de chaleur et la résistance mécanique.
Capacités et tensionsLes caractéristiques de l'installation : elles varient en fonction de l'application et peuvent aller de 10 kVA à 5000 kVA, avec des tensions de fonctionnement allant de 6 kV à 220 kV.
5. Transformateurs pour lignes à haute tension et sous-stations
Transformateurs haute tensionqui sont utilisés pour la transmission et la distribution de l'énergie électrique sur de longues distances, nécessitent des conceptions d'enroulement très précises et fiables pour fonctionner à des tensions élevées.
Bobinages pour transformateurs à haute tensionLes bobinages cylindriques multicouches avec feuille, qui assurent un bon remplissage du noyau magnétique et une résistance mécanique accrue.
Capacités et tensionsde 100 kVA à 5000 kVA, avec des tensions de fonctionnement de 110 kV à 220 kV.
Conclusion
De nombreux types de transformateurs sont utilisés en Russie, chacun nécessitant une conception de bobinage spécifique en fonction des conditions de fonctionnement et de l'utilisation. Les enroulements utilisés peuvent être constitués de différents conducteurs, tels que des fils de cuivre et d'aluminium, et peuvent être réalisés dans des configurations à une ou plusieurs couches. Il est également important de tenir compte des propriétés mécaniques et électriques des enroulements pour garantir la fiabilité et la durabilité du transformateur dans différentes conditions.
