Conception du transformateur de puissance

Un transformateur est une machine électrique qui convertit le courant alternatif d'une tension en courant alternatif d'une autre tension.

Les principaux éléments structurels des transformateurs de puissance: corps, noyau, enroulements, dispositif de refroidissement, traversées et dispositifs de protection (détendeur, tuyau d'échappement et relais de gaz).

Les enroulements du transformateur sont disposés de manière à ce que le flux magnétique créé par l'enroulement primaire pénètre dans la plupart des enroulements secondaires. Cette exigence est assurée par la construction du noyau en acier, qui est un circuit magnétique fermé. En fonction de la disposition mutuelle des enroulements et du système magnétique, il existe deux principaux types de transformateurs : à tige et à armature.

Dans un transformateur à tiges, les enroulements sont situés sur les tiges du noyau, qui sont reliées par des culasses qui ferment le circuit magnétique. Le type à tige est utilisé pour les alimentations et un certain nombre de transformateurs spéciaux. Un transformateur blindé utilise un circuit magnétique ramifié qui recouvre l'enroulement, comme s'il le "blindait".La structure de noyau en forme d'armure est particulièrement utilisée pour les petits transformateurs monophasés.

Transformateur triphasé à tige :

Le circuit magnétique du transformateur, appelé noyau, est assemblé à partir de tôles d'acier allié. Afin de ne pas fermer les feuilles, elles sont pré-enduites d'une fine couche de vernis ou collées avec du papier.

Le noyau est constitué de tiges portant des bobines et d'une culasse qui ferme le circuit magnétique. La section transversale du noyau doit être aussi proche que possible de la forme des bobines.

Dans les enroulements rectangulaires, la section transversale du noyau est rendue rectangulaire. Avec rond — le noyau a une section à plusieurs niveaux. Si le noyau a une grande section transversale, des canaux d'air longitudinaux sont créés pour évacuer la chaleur, divisant le noyau en emballages séparés.

Les feuilles sont assemblées avec des épingles ou des rivets. Les feuilles individuelles ne doivent pas être connectées les unes aux autres, car des courants de Foucault peuvent se produire dans le plan de contact. Pour éviter que les feuilles ne se referment à travers les goupilles et les rivets, des tubes isolants sont placés dessus. Les écrous et les têtes de rivets sont isolés des plaques de presse du noyau par des rondelles électriques en carton.

Deux types d'enroulements sont utilisés dans les transformateurs : disque et cylindrique.

Avec une conception d'enroulement en forme de disque, les enroulements primaire et secondaire sont divisés en une série d'enroulements plats en forme de disque qui alternent en série sur le noyau du transformateur.

Dans un enroulement cylindrique, les enroulements primaire et secondaire sont disposés concentriquement l'un à l'autre. L'enroulement basse tension est généralement placé plus près du noyau car il est plus facile de l'isoler de l'acier.

Lors de la réalisation des enroulements, une distinction doit être faite entre l'isolation des fils individuels, l'isolation entre les couches et les enroulements, l'isolation entre les enroulements primaire et secondaire (secondaire) et l'isolation des enroulements par rapport au noyau.

Les enroulements du transformateur sont constitués de fil de cuivre recouvert d'isolant. Pour isoler les fils de bobinage, du papier, parfois du fil de soie de coton, une feuille de vernis (émail) ou plusieurs couches d'isolant sont utilisés, par exemple, une couche de vernis et une couche de fil de soie, une couche de papier et une couche de fil de coton , etc.

Des séparateurs en papier sont utilisés comme isolant entre les couches. Les enroulements sont isolés avec des rondelles ou des joints électriques en carton enveloppés de ruban adhésif, de papier ou de tissu imbibé d'huile.

Les extrémités des enroulements du transformateur sont sorties à l'aide de traversées qui les isolent du corps mis à la terre (réservoir).

Appareil transformateur :

Il existe deux méthodes de base pour connecter les enroulements d'un transformateur triphasé : la connexion en triangle et la connexion en étoile. Lorsque les enroulements sont connectés en triangle, la tension de phase est égale à la tension de ligne et le courant de phase est 1,73 fois inférieur au courant de ligne. Lorsque les enroulements sont connectés en étoile, la tension de phase est 1,73 fois inférieure à la tension de ligne et le courant de phase est égal à la ligne.

La méthode de connexion des enroulements dans un transformateur triphasé est d'une grande importance, car l'angle de phase de la tension secondaire par rapport au primaire en dépend. Le déphasage entre la tension des enroulements primaire et secondaire dépend également du sens d'enroulement des bobines. Pour plus de détails voir ici : Schémas et groupes de connexion des enroulements de transformateurs de puissance

Où les transformateurs sont conçus pour le travail parallèle en commun, il faut que les potentiels instantanés des phases de ces transformateurs soient les mêmes. Les transformateurs qui ont le même déphasage entre les tensions de ligne des enroulements haute et basse tension sont affectés au même groupe de connexions d'enroulement, auxquelles un numéro est attribué en fonction de la désignation de l'heure.

Pour isoler l'enroulement du noyau et pour isoler l'enroulement haute tension de l'enroulement basse tension, on utilise des cylindres durs pressés à partir de papier cuit ou des cylindres en carton électrique, appelés cylindres souples.

Dans la construction de transformateurs, une huile minérale spéciale (pétrole) est largement utilisée, appelée transformateur… Les réservoirs sont remplis d'huile de transformateur et un noyau avec des enroulements y est immergé. Cette conception est adoptée pour les transformateurs de puissance haute puissance, pour les transformateurs redresseurs haute puissance, pour les transformateurs d'impulsions haute puissance.

L'huile de transformateur, dont l'humidité et les impuretés ont été éliminées, c'est-à-dire séchée et purifiée, est un bon isolant entre les enroulements et le boîtier métallique. De plus, l'huile de transformateur, qui a une conductivité thermique plus élevée que l'air, conduit bien la chaleur des parties actives du transformateur vers les surfaces externes du réservoir.

Au fur et à mesure que la puissance du transformateur augmente, les pertes augmentent plus vite que ses dimensions géométriques, ce qui conduit à la nécessité d'augmenter sa surface de refroidissement. Voir les détails ici : Systèmes de refroidissement pour transformateurs de puissance

En pratique, on utilise des dispositifs qui convertissent la tension alternative, dans lesquels les enroulements primaire et secondaire sont électriquement connectés. Ces appareils sont appelés autotransformateurs.

Un autotransformateur diffère d'un transformateur conventionnel en ce que ses enroulements primaire et secondaire sont connectés non seulement par induction (comme dans un transformateur conventionnel), mais également électriquement.

Voir également: Caractéristiques de performance des transformateurs de puissance