Autotransformateurs — dispositif, principes, avantages et inconvénients

But, dispositif et principe de fonctionnement des autotransformateurs

Dans certains cas, il est nécessaire de faire varier la tension sur une petite plage. La façon la plus simple de le faire n'est pas transformateurs à double enroulementet des enroulements simples appelés autotransformateurs. Si le facteur de transformation est légèrement différent de l'unité, la différence entre l'amplitude des courants dans les enroulements primaire et secondaire sera faible. Que se passe-t-il si vous combinez les deux bobines ? Vous obtiendrez un schéma d'un autotransformateur (Fig. 1).

Les autotransformateurs sont classés comme transformateurs à usage spécial. Les autotransformateurs diffèrent des transformateurs en ce que leur enroulement basse tension fait partie de l'enroulement à haute tension, c'est-à-dire que les circuits de ces enroulements ont non seulement une connexion magnétique, mais également une connexion galvanique.

Selon l'inclusion des enroulements de l'autotransformateur, une augmentation ou une diminution de la tension peut se produire.

Riz.1 Schémas d'autotransformateurs monophasés: a-step-down, b-step-up.

Si vous connectez une source de tension alternative aux points A et X, un flux magnétique alternatif apparaîtra dans le noyau. Une FEM de même amplitude sera induite dans chacune des spires de la bobine. Évidemment, entre les points a et X, il y aura une FEM égale à la FEM d'un tour multipliée par le nombre de tours fermés entre les points a et X.

Si vous attachez à la bobine aux points a et X une charge quelconque, le courant secondaire I2 traversera une partie de la bobine et se situe entre les points a et X. Mais puisque le courant primaire passe par les mêmes spires I1, alors les deux courants s'ajouteront géométriquement et une très petite quantité de courant circulera le long de la section aX, déterminée par la différence entre ces courants. Cela permet de couper une partie de l'enroulement à partir d'un fil de petit calibre pour économiser du cuivre. Si l'on considère que cette section constitue la majorité de tous les tours, alors l'économie du cuivre est très perceptible.

Ainsi, il est conseillé d'utiliser des autotransformateurs pour diminuer ou augmenter légèrement la tension, lorsqu'un courant réduit est établi dans la partie bobinage, ce qui est commun aux deux circuits de l'autotransformateur, ce qui permet de faire avec un fil plus fin et d'économiser des non ferreux les métaux. Dans le même temps, la consommation d'acier pour la réalisation d'un circuit magnétique dont la section est inférieure à celle d'un transformateur diminue.

Dans les convertisseurs d'énergie électromagnétique - transformateurs - le transfert d'énergie d'une bobine à une autre est effectué par un champ magnétique dont l'énergie est concentrée dans le circuit magnétique.Dans les autotransformateurs, l'énergie est transmise à la fois par un champ magnétique et par une connexion électrique entre les enroulements primaire et secondaire.

Transformateur et autotransformateur

Les autotransformateurs rivalisent avec succès avec les transformateurs à deux enroulements lorsque leur rapport de transformation est légèrement différent de l'unité et supérieur à 1,5 - 2. Lorsque le rapport de transformation est supérieur à 3, les autotransformateurs ne sont pas justifiés.

Structurellement, les autotransformateurs ne diffèrent pratiquement pas des transformateurs. Il y a deux bobines sur les noyaux du circuit magnétique. Les fils sont tirés de deux enroulements et d'un point commun.La plupart des pièces d'autotransformateur sont structurellement indiscernables des pièces de transformateur.

Autotransformateurs de laboratoire (LATR)

Les autotransformateurs sont également utilisés dans les réseaux basse tension en tant que régulateurs de tension de laboratoire à faible puissance (LATR). Dans de tels autotransformateurs, la régulation de tension est réalisée en déplaçant le contact glissant le long des spires de l'enroulement.

Les autotransformateurs monophasés contrôlés en laboratoire consistent en un circuit magnétique ferromagnétique annulaire enveloppé d'une seule couche de fil de cuivre isolé (Fig. 2).

Plusieurs prises constantes sont réalisées à partir de cet enroulement, ce qui permet d'utiliser ces dispositifs comme autotransformateurs abaisseurs ou élévateurs avec un certain rapport de transformation constant. De plus, sur la surface de la bobine, nettoyée de l'isolant, il y a un chemin étroit le long duquel le contact de la brosse ou du rouleau se déplace pour obtenir une tension secondaire réglable en continu allant de zéro à 250 V.

Lorsque les spires adjacentes sont fermées dans LATR, aucune fermeture de spire ne se produit car les courants de ligne et de charge dans l'enroulement combiné de l'autotransformateur sont proches l'un de l'autre et dans des directions opposées.

Les autotransformateurs de laboratoire sont produits avec une puissance nominale de 0,5 ; 1; 2 ; 5 ; 7,5 kVA.

Schéma d'un autotransformateur monophasé contrôlé en laboratoire

Autotransformateur de laboratoire (LATR)

Autotransformateurs triphasés

Outre les autotransformateurs monophasés à deux enroulements, des autotransformateurs triphasés à deux enroulements et triphasés à trois enroulements sont souvent utilisés.

Dans les autotransformateurs triphasés, les phases sont généralement connectées en étoile avec un point neutre pointu (Fig. 3). S'il est nécessaire de réduire la tension, l'énergie électrique est fournie aux bornes A, B, C et retirée des bornes a, b, s, et avec une augmentation de tension - vice versa. Ils sont utilisés comme dispositifs de réduction de tension lors du démarrage de moteurs puissants, ainsi que pour la régulation progressive de la tension aux bornes. éléments chauffants fours électriques.

Riz. 3. Schéma d'un autotransformateur triphasé avec une connexion en étoile des phases d'enroulement avec le point neutre supprimé

Les transformateurs haute tension triphasés à trois enroulements sont également utilisés dans les réseaux électriques haute tension.

En règle générale, les autotransformateurs triphasés du côté de la tension la plus élevée sont connectés en étoile avec un fil neutre. La connexion en étoile fournit la chute de tension pour laquelle l'isolation de l'autotransformateur est conçue.

L'utilisation d'autotransformateurs améliore l'efficacité des systèmes énergétiques, réduit les coûts de transport d'énergie, mais entraîne une augmentation des courants de court-circuit.

Inconvénients des autotransformateurs

L'inconvénient de l'autotransformateur est la nécessité d'isoler les deux enroulements pour une tension plus élevée, car les enroulements sont connectés électriquement.

Un inconvénient important des autotransformateurs est la connexion galvanique entre les circuits primaire et secondaire, qui ne permet pas de les utiliser comme départs dans les réseaux 6-10 kV lorsque la tension chute à 0,38 kV, car 380 V sont fournis à l'équipement sur lequel les gens travaillent.

En cas de pannes dues à la présence d'une liaison électrique entre les enroulements de l'autotransformateur, la tension la plus élevée peut être appliquée à l'enroulement inférieur. Dans ce cas, toutes les parties de l'installation opérationnelle seront connectées à la partie haute tension, ce qui n'est pas autorisé en raison de la sécurité de maintenance et de la possibilité de rompre l'isolation des parties conductrices des équipements électriques connectés.

Autotransformateurs haute tension