Quel est le principe de fonctionnement d'un transformateur ? Transformateurs de courant - principe de fonctionnement et application

Transformateur est un dispositif électromagnétique statique comportant deux ou plusieurs enroulements couplés inductivement et conçu pour convertir, par induction électromagnétique, un ou plusieurs systèmes à courant alternatif en un ou plusieurs autres systèmes à courant alternatif.

Les transformateurs sont largement utilisés aux fins suivantes.

Pour le transport et la distribution d'énergie électrique. Généralement, dans les centrales électriques, les générateurs de courant alternatif produisent de l'énergie électrique à une tension de 6 à 24 kV.

Pour alimenter divers circuits d'équipements de radio et de télévision ; appareils de communication, automatisation en télémécanique, appareils électroménagers ; séparer les circuits électriques des différents éléments de ces appareils ; pour l'adaptation de tension

Inclure des instruments de mesure électriques et certains appareils, tels que des relais, dans les circuits électriques à haute tension ou dans les circuits traversés par des courants importants, afin d'élargir les limites de mesure et d'assurer la sécurité électrique. Les transformateurs utilisés à cet effet sont appelés mesure. Ils ont une puissance relativement faible, déterminée par la puissance consommée par les instruments de mesure électriques, les relais, etc.

Principe de fonctionnement du transformateur

Le circuit électromagnétique d'un transformateur monophasé à deux enroulements est constitué de deux enroulements (Fig. 2.1) placés sur un circuit magnétique fermé, constitué d'un matériau ferromagnétique. L'utilisation d'un noyau magnétique ferromagnétique permet de renforcer le couplage électromagnétique entre les bobinages, c'est-à-dire de réduire la résistance magnétique du circuit parcouru par le flux magnétique de la machine. L'enroulement primaire 1 est connecté à une source de courant alternatif - un réseau électrique avec une tension u 1 . La résistance de charge Z H est connectée à l'enroulement secondaire 2.

L'enroulement à tension plus élevée est appelé enroulement haute tension (HT) et basse tension - enroulement basse tension (NN). Les débuts et les fins du bobinage HT sont désignés par des lettres UN Et X; Enroulement BT - lettres UN Et X.

Lorsqu'il est connecté au réseau, un courant alternatif apparaît dans l'enroulement primaire je 1 , ce qui crée un flux magnétique alternatif F, se fermant le long du circuit magnétique. Le flux F induit des forces électromotrices alternées dans les deux enroulements - e 1 Et e 2 , proportionnel, selon la loi de Maxwell, au nombre de tours w 1 et w 2 Taux de variation de l'enroulement et du flux correspondants d F/ dt.

Ainsi, les valeurs instantanées de la force électromotrice induite dans chaque enroulement sont

e 1 = - w 1 j F/dt ; e2= -w 2 dФ/dt.

Par conséquent, le rapport des FEM instantanées et efficaces dans les enroulements est déterminé par l'expression

Par conséquent, en sélectionnant le nombre de tours d'enroulement en conséquence, à une tension U donnée 1 vous pouvez obtenir la tension U souhaitée 2 . S'il est nécessaire d'augmenter la tension secondaire, alors le nombre de tours w 2 est pris supérieur au nombre w 1 ; un tel transformateur s'appelle en augmentant Si vous devez réduire la tension U 2 , alors le nombre de tours w 2 est pris inférieur à w 1 ; un tel transformateur s'appelle vers le bas,

Rapport CEM E Enroulements HT de tension supérieure à EMF E Les enroulements BT basse tension (ou le rapport de leur nombre de spires) sont appelés rapport de transformation

k= E VN / E NN = w VN / w N.N.

Coefficient k toujours supérieur à un.

Dans les systèmes de transmission et de distribution d'énergie, dans certains cas, des transformateurs à trois enroulements sont utilisés, et dans les dispositifs radioélectroniques et d'automatisation, des transformateurs à plusieurs enroulements sont utilisés. Dans de tels transformateurs, trois enroulements ou plus isolés les uns des autres sont placés sur le noyau magnétique, ce qui permet de recevoir deux ou plusieurs tensions différentes lors de l'alimentation de l'un des enroulements. (U 2 , U 3 , U 4, etc.) pour l'alimentation électrique de deux ou plusieurs groupes de consommateurs. Dans les transformateurs de puissance à trois enroulements, une distinction est faite entre les enroulements haute, basse et moyenne tension (MT).

Seules les tensions et les courants sont convertis dans un transformateur. La puissance reste à peu près constante (elle diminue quelque peu en raison des pertes d'énergie internes dans le transformateur). Ainsi,

je 1 /JE 2 ≈ U 2 /U 1 ≈ w 2 /w 1 .

Lorsque la tension secondaire du transformateur augmente k fois par rapport au primaire, courant je 2 dans l'enroulement secondaire diminue en conséquence k une fois.

Le transformateur ne peut fonctionner que dans des circuits à courant alternatif. Si l'enroulement primaire d'un transformateur est connecté à une source de courant continu, alors un flux magnétique se forme dans son fil magnétique, constant en amplitude et en direction dans le temps. Par conséquent, dans les enroulements primaire et secondaire en état stable, la CEM n'est pas induite et, par conséquent, l'énergie électrique n'est pas transférée du circuit primaire au secondaire. Ce mode est dangereux pour le transformateur, car en raison du manque d'EMF E 1 courant d'enroulement primaire je 1 =U 1 R. 1 est assez grand.

Une propriété importante d'un transformateur utilisé dans les appareils d'automatisation et de radioélectronique est sa capacité à convertir la résistance de charge. Si vous connectez une résistance à une source AC R. via un transformateur avec un rapport de transformation À, puis pour le circuit source

R" = P. 1 /JE 1 2 ≈ P. 2 /JE 1 2 ≈ Je 2 2 R/I 1 2 ≈ k 2 R.

Où R. 1 - puissance consommée par le transformateur à partir d'une source de courant alternatif, W ; R. 2 = je 2 2 R.≈ P. 1 - puissance consommée par la résistance R. du transformateur.

Ainsi, le transformateur change la valeur de la résistance R en k 2 une fois. Cette propriété est largement utilisée dans le développement de divers circuits électriques pour faire correspondre la résistance de charge avec la résistance interne des sources d'énergie électrique.

Transformateur est un dispositif électromagnétique statique à deux (ou plus) enroulements, le plus souvent conçu pour convertir le courant alternatif d'une tension en courant alternatif d'une autre tension. La conversion de l'énergie dans un transformateur s'effectue par un champ magnétique alternatif. Les transformateurs sont largement utilisés pour transmettre l'énergie électrique sur de longues distances, la distribuer entre les récepteurs, ainsi que dans divers dispositifs de redressement, d'amplification, de signalisation et autres.

Lors du transfert d'énergie électrique d'une centrale électrique vers les consommateurs, l'intensité du courant dans la ligne provoque des pertes d'énergie dans cette ligne et la consommation de métaux non ferreux pour son dispositif. Si, avec la même puissance transmise, la tension augmente, l'intensité du courant diminuera dans la même mesure et, par conséquent, il sera possible d'utiliser des fils de section plus petite. Cela réduira la consommation de métaux non ferreux lors de la construction d'une ligne de transport d'électricité et réduira les pertes d'énergie dans celle-ci.

L'énergie électrique est générée dans les centrales électriques par des générateurs synchrones à une tension de 11 à 20 kV ; dans certains cas, une tension de 30 à 35 kV est utilisée. Bien que ces tensions soient trop élevées pour une utilisation industrielle et domestique directe, elles ne sont pas suffisantes pour un transport économique d’électricité sur de longues distances. Une augmentation supplémentaire de la tension dans les lignes électriques (jusqu'à 750 kV ou plus) est réalisée par des transformateurs élévateurs.

Les récepteurs d'énergie électrique (lampes à incandescence, moteurs électriques, etc.) utilisent pour des raisons de sécurité une tension plus faible (110-380 V). De plus, la fabrication d'appareils, d'instruments et de machines électriques à haute tension est associée à d'importantes difficultés de conception, car les parties conductrices de courant de ces appareils à haute tension nécessitent une isolation renforcée. Par conséquent, la haute tension à laquelle l’énergie est transmise ne peut pas être directement utilisée pour alimenter les récepteurs et leur est fournie via des transformateurs abaisseurs.

L'énergie électrique CA doit être transformée 3 à 4 fois entre la centrale électrique où elle est produite et le consommateur. Dans les réseaux de distribution, les transformateurs abaisseurs ne sont pas chargés simultanément et pas à pleine capacité. Par conséquent, la puissance totale des transformateurs utilisés pour le transport et la distribution d’électricité est 7 à 8 fois supérieure à la puissance des générateurs installés dans les centrales électriques.

La conversion de l'énergie dans un transformateur s'effectue par un champ magnétique alternatif utilisant un noyau magnétique.

Les tensions des enroulements primaire et secondaire ne sont généralement pas les mêmes. Si la tension primaire est inférieure à la tension secondaire, le transformateur est appelé élévateur, si elle est supérieure au secondaire, il est appelé abaisseur. Tout transformateur peut être utilisé à la fois comme transformateur élévateur et abaisseur. Les transformateurs élévateurs sont utilisés pour transmettre l'électricité sur de longues distances, et les transformateurs abaisseurs sont utilisés pour la distribuer entre les consommateurs.

Selon l'usage, il existe des transformateurs de puissance, des transformateurs de mesure de tension et des transformateurs de courant.

Transformateurs de puissance convertir le courant alternatif d'une tension en courant alternatif d'une autre tension pour alimenter les consommateurs en électricité. Selon le but recherché, ils peuvent augmenter ou diminuer. Dans les réseaux de distribution, on utilise généralement des transformateurs abaisseurs triphasés à deux enroulements, convertissant des tensions de 6 et 10 kV en une tension de 0,4 kV. (Les principaux types de transformateurs sont TMG, TMZ, TMF, TMB, TME, TMGSO, TM, TMZH, TDTN, TRDN, TSZ, TSZN, TSZGL et autres.)

Transformateurs de tension- Ce sont des transformateurs intermédiaires à travers lesquels les instruments de mesure sont allumés à haute tension. Grâce à cela, les instruments de mesure sont isolés du réseau, ce qui permet d'utiliser des instruments standards (avec leur échelle reclassée) et élargit ainsi les limites des tensions mesurées.

Les transformateurs de tension sont utilisés à la fois pour mesurer la tension, la puissance, l'énergie et pour alimenter les circuits d'automatisation, les alarmes et la protection des relais des lignes électriques contre les défauts à la terre.

Dans certains cas, les transformateurs de tension peuvent être utilisés comme transformateurs de puissance abaisseurs de faible puissance ou comme transformateurs de test élévateurs (pour tester l'isolation des appareils électriques).

Les types de transformateurs de tension suivants sont présentés sur le marché russe :

3NOL.06, ZNOLP, ZNOLPM, ZNOL.01PMI, 3xZNOL.06, 3xZNOLP, 3xZNOLPM, NOL.08, NOL.11-6.O5, NOL.12 OM3, ZNOL.06-35 (ZNOLE-35), ZNOL 35 , NOL 35, NOL-35 III, NAMIT-10, ZNIOL, ZNIOL-10-1, ZNIOL-10-P, ZNIOL-20, ZNIOL-20-P, ZNIOL-35, ZNIOL-35-P, ZNIOL-35 -1, NIOL -20, NIOL-35, NOL-SESH -10, NOL-SESH -10-1, NOL-SESH-6, NOL-SESH-6-1, NOL-SESH-20, NOL-SESH-35 , 3xZNOL-SESH-6, 3xZNOL-SESH -10, NALI-SESH-10, NALI-SESH-6, NTMI 6, NTMI 10, NAMI 6, NAMI 10, NAMI 35, NAMI 110, ZNAMIT-6, ZNAMIT-10 , ZNOMP 35, NOM 6, NOM 10, NOM 35, NKF 110, NKF 150, NKF 220 et autres.

Pour les transformateurs de mesure de tension, l'enroulement primaire est 3000/√3, 6000/√3, 10000/√3, 13800/√3, 18000/√3, 24000/√3, 27000/√3, 35000/√3, 66000. /√3 , 110000/√3, 150000/√3, 220000/√3, 330000/√3, 400000/√3, 500000/√3 et le secondaire 100/√3 ou 110/√3.

Transformateur de courant est un dispositif auxiliaire dans lequel le courant secondaire est pratiquement proportionnel au courant primaire et est conçu pour inclure des instruments de mesure et des relais dans les circuits électriques à courant alternatif.

Fourni avec classe de précision : 0,5 ; 0,5S ; 0,2 ; 0,2S.

Les transformateurs de courant sont utilisés pour convertir un courant de n'importe quelle valeur et tension en un courant pratique pour mesurer avec des instruments standard (5 A), alimenter les enroulements de courant des relais, déconnecter les appareils, ainsi qu'isoler les appareils et leur personnel d'exploitation de la haute tension.

IMPORTANT! Les transformateurs de courant sont disponibles avec les rapports de transformation suivants : 5/5, 10/5, 15/5, 20/5, 30/5, 40/5, 50/5, 75/5, 100/5, 150/5, 200/5, 300/5, 400/5, 500/5, 600/5, 800/5, 1000/5, 1500/5, 2000/5, 2500/5, 3000/5, 5000/5, 8000/ 5, 10000/5.
Les transformateurs de courant sur le marché russe sont représentés par les modèles suivants :

TOP-0.66, TShP-0.66, TOP-0.66-I, TShP-0.66-I, TShL-0.66, TNShL-0.66, TNSh-0.66, TOL-10, TLO-10, TOL-10-I, TOL-10- M, TOL-10-8, TOL-10-IM, TOL-10 III, TSHL-10, TLSH-10, TPL-10-M, TPOL-10, TPOL-10M, TPOL-10 III, TL-10, TL-10-M, TPLC-10, TOLK-6, TOLK-6-1, TOLK-10, TOLK-10-2, TOLK-10-1, TOL-20, TSL-20-I, TPL-20, TPL-35, TOL-35, TOL-35-III-IV, TOL-35 II-7.2, TLC-35, TV, TLC-10, TPL-10S, TLM-10, TSHLP-10, TPK-10, TVLM -10, TVK-10, TVLM-6, TLK-20, TLK-35-1, TLK-35-2, TLK-35-3, TOL-SESH 10, TOL-SESH-20, TOL-SESH-35, TSHL-SESH 0,66, transformateurs Ritz, TPL-SESH 10, TZLK(R)-SESH 0,66, TV-SESH-10, TV-SESH-20, TV-SESH-35, TSHL-SESH-10, TSHL-SESH-20 , TZLV-SESH-10 et autres.

Classification des transformateurs de tension

Les transformateurs de tension diffèrent :

A) par le nombre de phases - monophasées et triphasées ;
b) selon le nombre d'enroulements - à deux enroulements, à trois enroulements, à quatre enroulements.
Exemple 0,5/0,5S/10P ;
c) selon la classe de précision, c'est-à-dire selon les valeurs d'erreur tolérées ;
d) par méthode de refroidissement - transformateurs avec refroidissement à l'huile (huile), avec refroidissement naturel par air (sec et avec isolation moulée) ;
e) par type d'installation - pour installation intérieure, pour installation extérieure et pour appareillage complet.

Pour des tensions allant jusqu'à 6-10 kV, les transformateurs de tension sont fabriqués à sec, c'est-à-dire avec refroidissement naturel par air. Pour les tensions supérieures à 6-10 kV, des transformateurs de tension à huile sont utilisés.

Les transformateurs d'intérieur sont conçus pour fonctionner à des températures ambiantes de -40 à + 45°C avec une humidité relative jusqu'à 80 %.

DANS transformateurs monophasés pour des tensions de 6 à 10 kV, l'isolation coulée est principalement utilisée. Les transformateurs à isolation coulée sont entièrement ou partiellement (un enroulement) remplis d'une masse isolante (résine époxy). De tels transformateurs, destinés à une installation en intérieur, se distinguent avantageusement des transformateurs à huile : ils ont moins de poids et d'encombrement et ne nécessitent quasiment aucun entretien pendant le fonctionnement.

Transformateurs triphasés à deux enroulements les tensions ont des circuits magnétiques conventionnels à trois tiges et des circuits blindés à trois enroulements - monophasés.
Transformateur triphasé à trois enroulements est un groupe de trois unités unipolaires monophasées dont les enroulements sont connectés selon le circuit approprié. Les transformateurs de tension triphasés à trois enroulements de l'ancienne série (avant 1968-1969) avaient des noyaux magnétiques blindés. Un transformateur triphasé est plus petit en poids et en taille qu'un groupe de trois transformateurs monophasés. Lorsque vous utilisez un transformateur triphasé en secours, vous devez disposer d'un autre transformateur à pleine puissance.
Dans les transformateurs immergés dans l’huile, le principal moyen d’isolation et de refroidissement est l’huile de transformateur.

Transformateur d'huile se compose d'un circuit magnétique, de bobinages, d'un réservoir, d'un couvercle avec entrées. Le noyau magnétique est assemblé à partir de tôles d'acier électrique laminées à froid, isolées les unes des autres (pour réduire les pertes dues aux courants de Foucault). Les enroulements sont constitués de fil de cuivre ou d'aluminium. Pour réguler la tension, l'enroulement HT comporte des branches connectées à l'interrupteur. Les transformateurs proposent deux types de commutation de prises : en charge - changeur de prises en charge (régulation en charge) et sans charge, après avoir déconnecté le transformateur du réseau - commutation à vide (commutation non excitée). La deuxième méthode de régulation de tension est la plus courante car la plus simple.

En plus des transformateurs refroidis à l'huile mentionnés ci-dessus (Transformer TM), les transformateurs sont produits dans une conception étanche (TMG), dans laquelle l'huile ne communique pas avec l'air et, par conséquent, son oxydation et son humidification accélérées sont exclues. Les transformateurs à huile de conception étanche sont entièrement remplis d'huile de transformateur et n'ont pas de détendeur, et les changements de température de leur volume pendant le chauffage et le refroidissement sont compensés par des changements dans le volume des ondulations des parois du réservoir. Ces transformateurs sont remplis d'huile sous vide, ce qui augmente la résistance électrique de leur isolation.

Transformateur sec, comme celui à huile, est constitué d'un noyau magnétique, d'enroulements HT et BT, enfermés dans un boîtier de protection. Le principal moyen d’isolation et de refroidissement est l’air atmosphérique. Cependant, l’air est un moyen d’isolation et de refroidissement moins parfait que l’huile de transformateur. Par conséquent, dans les transformateurs secs, tous les espaces d'isolation et les conduits de ventilation sont plus grands que dans les transformateurs à huile.

Les transformateurs secs sont fabriqués avec des enroulements avec isolation en verre de classe de résistance thermique B (TSZ), ainsi qu'avec une isolation sur vernis silicone de classe N (TSZK). Pour réduire l'hygroscopique, les enroulements sont imprégnés de vernis spéciaux. L'utilisation de fibre de verre ou d'amiante comme isolant pour les enroulements peut augmenter considérablement la température de fonctionnement des enroulements et obtenir une installation pratiquement ignifuge. Cette propriété des transformateurs secs permet de les utiliser pour une installation à l'intérieur de locaux secs dans les cas où assurer la sécurité incendie de l'installation est un facteur décisif. Parfois, les transformateurs secs sont remplacés par des transformateurs secs plus coûteux et plus difficiles à fabriquer.

Les transformateurs secs ont des dimensions et un poids légèrement plus grands (transformateur TSZ) et une capacité de surcharge inférieure à ceux à huile, et sont utilisés pour fonctionner dans des espaces clos avec une humidité relative ne dépassant pas 80 %. Les avantages des transformateurs secs incluent leur sécurité incendie (pas d'huile), leur simplicité de conception et leurs coûts d'exploitation relativement faibles.

Classification des transformateurs de courant

Les transformateurs de courant sont classés selon différents critères :

1. Selon leur objectif, les transformateurs de courant peuvent être divisés en mesure (TOL-SESH-10, TLM-10), protection, intermédiaire (pour inclure des instruments de mesure dans les circuits de courant de protection des relais, pour égaliser les courants dans les circuits de protection différentielle, etc.) et en laboratoire (haute précision, ainsi que de nombreux rapports de transformation).

2. Selon le type d'installation, on distingue les transformateurs de courant :
a) pour installation extérieure, installé dans des tableaux ouverts (TLK-35-2.1 UHL1) ;
b) pour une installation à l'intérieur ;
c) intégrés aux appareils et machines électriques : interrupteurs, transformateurs, générateurs, etc. ;
d) aérien - placé au-dessus de la traversée (par exemple, sur l'entrée haute tension d'un transformateur de puissance) ;
e) portable (pour les mesures de contrôle et les tests de laboratoire).

3. Selon la conception de l'enroulement primaire, les transformateurs de courant sont divisés :
a) multitours (bobine, enroulement en boucle et enroulement en huit) ;
b) monotour (tige) ;
c) pneus (TSh-0,66).

4. Selon la méthode d'installation, les transformateurs de courant pour installation intérieure et extérieure sont divisés :
a) points de contrôle (TPK-10, TPL-SESH-10) ;
b) prise en charge (TLK-10, TLM-10).

5. En fonction de l'isolation, les transformateurs de courant peuvent être divisés en groupes :
a) avec isolation sèche (porcelaine, bakélite, isolation époxy coulée, etc.) ;
b) avec isolation papier-huile et avec isolation papier-huile pour condensateur ;
c) rempli de composé.

6. Selon le nombre d'étages de transformation, il existe des transformateurs de courant :
a) en une seule étape ;
b) en deux étapes (cascade).

7. Les transformateurs sont classés selon la tension de fonctionnement :
a) pour une tension assignée supérieure à 1 000 V ;
b) pour une tension nominale jusqu'à 1000 V.

La combinaison de diverses caractéristiques de classification est inscrite dans la désignation du type de transformateur de courant, composée de parties alphabétiques et numériques.

Les transformateurs de courant se caractérisent par le courant nominal, la tension, la classe de précision et la conception. À une tension de 6 à 10 kV, ils sont constitués d'enroulements de support et de traversée avec un ou deux enroulements secondaires de classe de précision 0,2 ; 0,5 ; 1 et 3. La classe de précision indique l'erreur maximale introduite par le transformateur de courant dans les résultats de mesure. Les transformateurs des classes de précision 0,2, qui ont une erreur minimale, sont utilisés pour les mesures en laboratoire, 0,5 - pour alimenter les compteurs, 1 et 3 - pour alimenter les enroulements de courant des relais et des instruments de mesure techniques. Pour un fonctionnement sûr, les enroulements secondaires doivent être mis à la terre et ne doivent pas être en circuit ouvert.
Lors de l'installation d'appareillages avec une tension de 6 à 10 kV, des transformateurs de courant avec isolation en fonte et en porcelaine sont utilisés, et pour des tensions jusqu'à 1000 V - avec isolation en fonte, coton et porcelaine.

Un exemple est le transformateur de courant à 2 enroulements de référence TOL-SESH-10 avec isolation moulée pour une tension nominale de 10 kV, version de conception 11, avec enroulements secondaires :

Pour connecter des circuits de mesure, avec classe de précision 0,5 et charge 10 VA ;
- pour connecter des circuits de protection, avec classe de précision 10P et charge 15 VA ;

Pour un courant primaire nominal de 150 Ampères, un courant secondaire nominal de 5 Ampères, modification climatique « U », catégorie de placement 2 selon GOST 15150-69 lors de la passation d'une commande de production auprès de JSC VolgaEnergoKomplekt :

TOL-SESH-10-11-0.5/10R-10/15-150/5 U2 - avec un courant primaire nominal - 150A, secondaire - 5A.

Le fonctionnement d’un transformateur repose sur le phénomène d’induction mutuelle. Si l'enroulement primaire d'un transformateur est connecté à une source de courant alternatif, un courant alternatif le traversera, ce qui créera un flux magnétique alternatif dans le noyau du transformateur. Ce flux magnétique, pénétrant dans les spires de l'enroulement secondaire, y induira une force électromotrice (FEM). Si l'enroulement secondaire est court-circuité avec un récepteur d'énergie, alors sous l'influence de la CEM induite, un courant commencera à circuler à travers cet enroulement et à travers le récepteur d'énergie.

Dans le même temps, un courant de charge apparaîtra également dans l'enroulement primaire. Ainsi, l'énergie électrique, en cours de transformation, est transférée du réseau primaire au réseau secondaire à la tension pour laquelle le récepteur d'énergie connecté au réseau secondaire est conçu.

Afin d'améliorer la connexion magnétique entre les enroulements primaire et secondaire, ceux-ci sont placés sur un noyau magnétique en acier. Les enroulements sont isolés les uns des autres et du circuit magnétique. L’enroulement à tension plus élevée est appelé enroulement haute tension (HT), et l’enroulement à tension inférieure est appelé enroulement basse tension (BT). Le bobinage connecté au réseau de la source d'énergie électrique est dit primaire ; l'enroulement à partir duquel l'énergie est fournie au récepteur est secondaire.

Généralement, les tensions des enroulements primaire et secondaire ne sont pas les mêmes. Si la tension primaire est inférieure à la tension secondaire, le transformateur est appelé élévateur, si elle est supérieure au secondaire, il est appelé abaisseur. Tout transformateur peut être utilisé à la fois comme transformateur élévateur et abaisseur. Les transformateurs élévateurs sont utilisés pour transmettre l'électricité sur de longues distances, et les transformateurs abaisseurs sont utilisés pour la distribuer entre les consommateurs.

Dans les transformateurs à trois enroulements, trois enroulements isolés les uns des autres sont placés sur le noyau magnétique. Un tel transformateur, alimenté par l'un des enroulements, permet de recevoir deux tensions différentes et de fournir de l'énergie électrique à deux groupes de récepteurs différents. En plus des enroulements haute et basse tension, le transformateur à trois enroulements possède un enroulement moyenne tension (MT).

Les enroulements du transformateur ont une forme principalement cylindrique, constitués de fils de cuivre ronds isolés pour les faibles courants et de barres de cuivre rectangulaires pour les courants élevés.

L'enroulement basse tension est situé plus près du noyau magnétique, car il est plus facile de l'isoler que l'enroulement haute tension.

L'enroulement basse tension est isolé de la tige par une couche de matériau isolant. Le même joint isolant est placé entre les enroulements haute et basse tension.

Avec les enroulements cylindriques, il est conseillé de donner à la section transversale du noyau magnétique une forme ronde afin qu'il ne reste aucun espace non magnétique dans la zone couverte par les enroulements. Plus les entrefers non magnétiques sont petits, plus la longueur des spires de bobinage est petite, et donc la masse de cuivre pour une section donnée de la tige d'acier.

Cependant, il est difficile de produire des tiges rondes. Le noyau magnétique est assemblé à partir de fines tôles d'acier, et pour obtenir une tige ronde, il faudrait un grand nombre de tôles d'acier de différentes largeurs, ce qui nécessiterait la fabrication de nombreuses matrices. Par conséquent, dans les transformateurs de haute puissance, la tige a une section transversale étagée avec un nombre d'étapes ne dépassant pas 15 à 17. Le nombre de pas dans la section de la tige est déterminé par le nombre d'angles dans un quart du cercle. La culasse du circuit magnétique, c'est-à-dire la partie qui relie les tiges, a également une section étagée.

Pour un meilleur refroidissement, des conduits de ventilation sont installés dans les noyaux magnétiques, ainsi que dans les enroulements de transformateurs puissants, dans des plans parallèles et perpendiculaires au plan des tôles d'acier.
Dans les transformateurs de faible puissance, la section transversale du fil est petite et les enroulements sont simplifiés. Les noyaux magnétiques de ces transformateurs ont une section rectangulaire.

Valeurs nominales du transformateur

La puissance utile pour laquelle un transformateur est conçu en fonction des conditions de chauffage, c'est-à-dire la puissance de son enroulement secondaire à pleine charge (nominale), est appelée puissance nominale du transformateur. Cette puissance est exprimée en unités de puissance apparente - voltampères (VA) ou kilovoltampères (kVA). La puissance active d'un transformateur est exprimée en watts ou kilowatts, c'est-à-dire la puissance qui peut être convertie de l'électrique en mécanique, thermique, chimique, lumineuse, etc. Sections des fils des enroulements et de toutes les parties du transformateur, comme ainsi que tout appareil électrique ou machine électrique, sont déterminés non pas par la composante active du courant ou de la puissance active, mais par le courant total circulant dans le conducteur et, par conséquent, par la puissance totale. Toutes les autres valeurs qui caractérisent le fonctionnement d'un transformateur dans les conditions pour lesquelles il est conçu sont également appelées nominales.

Chaque transformateur est équipé d'un blindage en matériau non soumis aux influences atmosphériques. La plaque est fixée sur la cuve du transformateur à un endroit visible et contient ses données nominales, qui sont gravées, gravées, en relief ou d'une autre manière pour assurer la durabilité des panneaux. Les données suivantes sont indiquées sur le panneau du transformateur :

1. Marque du fabricant.
2. Année de fabrication.
3. Numéro de série.
4. Désignation du type.
5. Numéro de la norme à laquelle correspond le transformateur fabriqué.
6. Puissance nominale (kVA). (Pour trois enroulements, indiquer la puissance de chaque enroulement.)
7. Tensions nominales et tensions de dérivation des enroulements (V ou kV).
8. Courants nominaux de chaque enroulement (A).
9. Nombre de phases.
10. Fréquence actuelle (Hz).
11. Schéma et groupe de connexion des enroulements du transformateur.
12. Tension de court-circuit (%).
13. Type d'installation (interne ou externe).
14. Méthode de refroidissement.
15. Masse totale du transformateur (kg ou t).
16. Masse d'huile (kg ou t).
17. Masse de la partie active (kg ou t).
18. Positions de l'interrupteur indiquées sur son variateur.

Pour un transformateur avec refroidissement artificiel par air, sa puissance est en outre indiquée lorsque le refroidissement est éteint. Le numéro de série du transformateur est également imprimé sur la cuve sous le blindage, sur le couvercle à proximité de l'entrée HT de la phase A et sur l'extrémité gauche de la bride supérieure de la poutre de culasse du circuit magnétique. Le symbole du transformateur se compose de parties alphabétiques et numériques. Les lettres signifient ce qui suit :

T - triphasé,
O - monophasé,
M - refroidissement naturel de l'huile,
D - refroidissement de l'huile par soufflage (air artificiel et circulation naturelle d'huile),
C - refroidissement de l'huile avec circulation forcée d'huile à travers un refroidisseur d'eau,
DC - huile avec soufflage et circulation d'huile forcée,
G - transformateur anti-foudre,
H en fin de désignation - transformateur avec régulation de tension en charge,
H en deuxième place - rempli de diélectrique liquide ininflammable,
T en troisième place est un transformateur à trois enroulements.

Le premier chiffre après la lettre du transformateur indique la puissance nominale (kVA), le deuxième chiffre - la tension nominale de l'enroulement HT (kV). Ainsi, le type TM 6300/35 désigne un transformateur triphasé à deux enroulements avec refroidissement naturel par huile d'une puissance de 6300 kVA et une tension d'enroulement HT de 35 kV. La lettre A dans la désignation du type de transformateur signifie autotransformateur. Dans la désignation des autotransformateurs à trois enroulements, la lettre A est placée en premier ou en dernier. Si le circuit de l'autotransformateur est principal (les enroulements HT et MT forment un autotransformateur et l'enroulement BT est supplémentaire), la lettre A est placée en premier ; si le circuit de l'autotransformateur est supplémentaire, la lettre A est placée en dernier.

Un transformateur est un appareil indispensable en électrotechnique.

Sans cela, le système énergétique dans sa forme actuelle ne pourrait exister.

Ces éléments sont également présents dans de nombreux appareils électriques.

Ceux qui souhaitent mieux les connaître sont invités à cet article dont le thème est le transformateur : le principe de fonctionnement et les types d'appareils, ainsi que leur destination.

C'est le nom donné à un appareil qui modifie l'ampleur de la tension électrique alternative. Il existe des variétés qui peuvent modifier sa fréquence.

De nombreux appareils sont équipés de tels appareils et sont également utilisés indépendamment.

Par exemple, les installations qui augmentent la tension pour transmettre le courant le long des autoroutes électriques.

Ils augmentent la tension générée par la centrale électrique entre 35 et 750 kV, ce qui présente un double avantage :

• les pertes dans les fils sont réduites ;
• des fils plus petits sont nécessaires.

Dans les réseaux électriques urbains, la tension est à nouveau réduite à 6,1 kV, toujours utilisée. Dans les réseaux de distribution qui distribuent l'électricité aux consommateurs, la tension est réduite à 0,4 kV (c'est le 380/ habituel).

Principe d'opération

Le fonctionnement d'un dispositif transformateur repose sur le phénomène d'induction électromagnétique, qui consiste en ce qui suit : lorsque les paramètres du champ magnétique traversant un conducteur changent, une FEM (force électromotrice) apparaît dans ce dernier. Le conducteur d'un transformateur se présente sous la forme d'une bobine ou d'un enroulement et la force électromotrice totale est égale à la somme de la force électromotrice de chaque tour.

Pour un fonctionnement normal, il est nécessaire d'exclure le contact électrique entre les spires, c'est pourquoi ils utilisent un fil dans une gaine isolante. Cette bobine est appelée secondaire.

Le champ magnétique nécessaire pour générer des champs électromagnétiques dans la bobine secondaire est créé par une autre bobine. Il est connecté à une source de courant et est dit primaire. Le fonctionnement de la bobine primaire est basé sur le fait que lorsque le courant traverse un conducteur, un champ électromagnétique se forme autour de lui et s'il est enroulé dans une bobine, il est amplifié.

Comment fonctionne un transformateur ?

Lorsqu'il traverse la bobine, les paramètres du champ électromagnétique ne changent pas et il est incapable de provoquer une CEM dans la bobine secondaire. Les transformateurs fonctionnent donc uniquement avec une tension alternative.

La nature de la conversion de tension est influencée par le rapport du nombre de tours dans les enroulements - primaire et secondaire. Il est désigné « Kt » - coefficient de transformation. La loi est en vigueur :

Kt = W1/W2 = U1/U2,

• W1 et W2 - nombre de tours dans les enroulements primaire et secondaire ;
• U1 et U2 - tension à leurs bornes.

Par conséquent, s’il y a plus de spires dans la bobine primaire, alors la tension aux bornes de la bobine secondaire est plus faible. Un tel dispositif est appelé dispositif abaisseur ; son Kt est supérieur à un. S'il y a plus de spires dans la bobine secondaire, le transformateur augmente la tension et est appelé transformateur élévateur. Son Kt est inférieur à un.

Grand transformateur de puissance

Si l'on néglige les pertes (transformateur idéal), alors de la loi de conservation de l'énergie il découle :

P1 = P2,

où P1 et P2 sont la puissance actuelle dans les enroulements.

Parce que le P=U*I, on a:

• U1 * I1 = U2 * I2 ;
• I1 = I2 * (U2/U1) = I2/Kt.

Ça veut dire:

• dans la bobine primaire du dispositif abaisseur (Kt > 1) circule un courant de moindre intensité que dans le circuit secondaire ;
• avec transformateurs élévateurs (Kt< 1) все наоборот: сила тока в первичной катушке выше, чем в цепи вторичной.

Cette circonstance est prise en compte lors du choix de la section des fils pour les enroulements des appareils.

Conception

Les enroulements du transformateur sont placés sur un noyau magnétique - une pièce en acier ferromagnétique, transformateur ou autre acier magnétique doux. Il sert de conducteur du champ électromagnétique de la bobine primaire à la bobine secondaire.

Sous l'influence d'un champ magnétique alternatif, des courants sont également générés dans le circuit magnétique : ils sont appelés courants de Foucault. Ces courants entraînent une perte d'énergie et un échauffement du circuit magnétique. Cette dernière, afin de réduire ce phénomène au minimum, est constituée de nombreuses plaques isolées les unes des autres.

Les bobines sont placées sur le circuit magnétique de deux manières :

• près;
• enroulez-les les uns sur les autres.

Les enroulements pour microtransformateurs sont constitués d'une feuille d'une épaisseur de 20 à 30 microns. Suite à l'oxydation, sa surface devient diélectrique et joue le rôle d'isolant.

Conception du transformateur

En pratique, il est impossible d'atteindre le rapport P1 = P2 en raison de trois types de pertes :

1. dissipation du champ magnétique ;
2. chauffage des fils et circuit magnétique;
3. hystérèse.

Les pertes par hystérésis sont des coûts énergétiques pour l’inversion de magnétisation du circuit magnétique. La direction des lignes de champ électromagnétique change constamment. A chaque fois, il faut vaincre la résistance des dipôles dans la structure du circuit magnétique, alignés d'une certaine manière dans la phase précédente.

Ils s'efforcent de réduire les pertes par hystérésis en utilisant différentes conceptions de noyaux magnétiques.

Ainsi, en réalité, les valeurs de P1 et P2 sont différentes et le rapport P2/P1 est appelé rendement de l'appareil. Pour le mesurer, les modes de fonctionnement suivants du transformateur sont utilisés :

• mouvement inactif ;
• court-circuité;
• avec charge.

Dans certains types de transformateurs fonctionnant avec une tension haute fréquence, il n'y a pas de circuit magnétique.

Mode inactif

L'enroulement primaire est connecté à une source de courant et le circuit secondaire est ouvert. Avec cette connexion, un courant à vide circule dans la bobine, qui représente principalement le courant magnétisant réactif.

Ce mode permet de déterminer :

• Efficacité de l'appareil ;
• rapport de transformation ;
• pertes dans le circuit magnétique (dans le langage des professionnels - pertes dans l'acier).

Circuit de transformateur en mode veille

Mode court-circuit

Les bornes de l'enroulement secondaire sont fermées sans charge (en court-circuit), de sorte que le courant dans le circuit n'est limité que par sa résistance. La tension est appliquée aux contacts primaires afin que le courant dans le circuit de l'enroulement secondaire ne dépasse pas celui nominal.

Cette connexion permet de déterminer les pertes thermiques des bobinages (pertes cuivre). Ceci est nécessaire lors de la mise en œuvre de circuits utilisant une résistance active au lieu d'un véritable transformateur.

Mode de chargement

Dans cet état, un consommateur est connecté aux bornes de l'enroulement secondaire.

Refroidissement

Pendant le fonctionnement, le transformateur chauffe.

Trois méthodes de refroidissement sont utilisées :

1. naturel : pour les modèles basse consommation ;
2. air pulsé (soufflage par ventilateur) : modèles de puissance moyenne ;
3. les transformateurs puissants sont refroidis à l’aide de liquide (principalement de l’huile).

Appareil refroidi à l'huile

Types de transformateurs

Les appareils sont classés selon leur objectif, le type de circuit magnétique et leur puissance.

Transformateurs de puissance

Le groupe le plus nombreux. Cela inclut tous les transformateurs fonctionnant sur le réseau électrique.

Autotransformateur

Ce type a un contact électrique entre les enroulements primaire et secondaire. Lors de l'enroulement du fil, plusieurs conclusions sont tirées - lors de la commutation entre elles, un nombre différent de tours est utilisé, ce qui modifie le rapport de transformation.

• Efficacité accrue. Ceci s’explique par le fait que seule une partie de la puissance est convertie. Ceci est particulièrement important lorsque la différence entre les tensions d’entrée et de sortie est faible.
• Faible coût. Cela est dû à une consommation moindre d'acier et de cuivre (l'autotransformateur a des dimensions compactes).

Il est avantageux d'utiliser ces appareils dans des réseaux avec des tensions de 110 kV ou plus avec une mise à la terre effective à Kt ne dépassant pas 3-4.

Transformateur de courant

Utilisé pour réduire le courant dans l'enroulement primaire connecté à la source d'alimentation. L'appareil est utilisé dans les systèmes de protection, de mesure, de signalisation et de contrôle. L'avantage par rapport aux circuits de mesure shunt est la présence d'une isolation galvanique (pas de contact électrique entre les bobinages).

La bobine primaire est connectée au circuit à courant alternatif – en cours de test ou de contrôle – avec la charge en série. Un dispositif indicateur d'actionnement, par exemple un relais, ou un appareil de mesure, est connecté aux bornes de l'enroulement secondaire.

Transformateur de courant

La résistance admissible dans le circuit de la bobine secondaire est limitée à de faibles valeurs - presque un court-circuit. Pour la plupart des bobines de courant, le courant nominal dans cette bobine est de 1 ou 5 A. Lorsque le circuit est ouvert, une haute tension y est générée, ce qui peut briser l'isolation et endommager les appareils connectés.

Transformateur d'impulsions

Fonctionne avec des impulsions courtes dont la durée se mesure en dizaines de microsecondes. La forme de l'impulsion n'est pratiquement pas déformée. Principalement utilisé dans les systèmes vidéo.

Transformateur de soudage

Cet appareil:

• réduit les tensions;
• conçu pour un courant nominal dans le circuit d'enroulement secondaire jusqu'à des milliers d'ampères.

Vous pouvez réguler le courant de soudage en modifiant le nombre de tours des enroulements impliqués dans le processus (ils ont plusieurs bornes). Dans ce cas, la valeur de la réactance inductive ou de la tension secondaire en circuit ouvert change. Grâce à des bornes supplémentaires, les enroulements sont divisés en sections, le courant de soudage est donc ajusté par étapes.

Les dimensions du transformateur dépendent largement de la fréquence du courant alternatif. Plus il est élevé, plus l'appareil sera compact.

Transformateur de soudage TDM 70-460

La conception des machines à souder à onduleur modernes est basée sur ce principe. Dans ceux-ci, le courant alternatif est traité avant d'être fourni au transformateur :

• redressé au moyen d'un pont de diodes;
• dans l'onduleur - une unité électronique contrôlée par microprocesseur avec des transistors à clé à commutation rapide - il redevient variable, mais avec une fréquence de 60 à 80 kHz.

C'est pourquoi ces machines à souder sont si légères et petites.

Les alimentations à découpage sont également utilisées, par exemple, dans les PC.

Transformateur d'isolement

Cet appareil possède nécessairement une isolation galvanique (il n'y a pas de contact électrique entre les enroulements primaire et secondaire), et Kt est égal à un. Autrement dit, le transformateur d'isolement laisse la tension inchangée. Il est nécessaire d’améliorer la sécurité des connexions.

Toucher des éléments sous tension d'un équipement connecté au réseau via un tel transformateur n'entraînera pas de choc électrique grave.

Dans la vie de tous les jours, cette méthode de raccordement des appareils électriques est appropriée dans les pièces humides - dans les salles de bains, etc.

En plus des transformateurs de puissance, il existe des transformateurs d'isolement du signal. Ils sont installés dans un circuit électrique pour une isolation galvanique.

Noyaux magnétiques

Il en existe trois types :

1. Tige. Fabriqué sous la forme d'une tige avec une section étagée. Les caractéristiques laissent beaucoup à désirer, mais elles sont faciles à mettre en œuvre.
2. Blindé. Ils conduisent mieux le champ magnétique que ceux à tige et protègent en outre les enroulements des influences mécaniques. Inconvénient : coût élevé (nécessite beaucoup d'acier).
3. Toroïdal. Le type le plus efficace : ils créent un champ magnétique concentré uniforme, ce qui contribue à réduire les pertes. Les transformateurs à noyau magnétique toroïdal ont le rendement le plus élevé, mais ils sont coûteux en raison de la complexité de fabrication.

Pouvoir

La puissance est généralement indiquée en voltampères (VA). Selon ce critère, les appareils sont classés comme suit :

• faible consommation : moins de 100 VA ;
• puissance moyenne : plusieurs centaines de VA ;

Il existe des installations de forte puissance, mesurées en milliers de VA.

Les transformateurs diffèrent par leur objectif et leurs caractéristiques, mais leur principe de fonctionnement est le même : un champ magnétique alternatif généré par un enroulement excite une FEM dans le second, dont l'ampleur dépend du nombre de tours.

Le besoin de convertir la tension se pose très souvent, c'est pourquoi les transformateurs sont largement utilisés. Cet appareil peut être réalisé indépendamment.

Le principe de fonctionnement du transformateur repose sur la fameuse loi de l’induction mutuelle. Si vous allumez l'enroulement primaire de celui-ci, alors un courant alternatif commencera à circuler à travers cet enroulement. Ce courant va créer un flux magnétique alternatif dans le noyau. Ce flux magnétique va commencer à pénétrer dans les spires de l'enroulement secondaire du transformateur. Une FEM alternative (force électromotrice) sera induite sur cet enroulement. Si vous connectez (court-circuitez) l'enroulement secondaire à une sorte de récepteur d'énergie électrique (par exemple, à une lampe à incandescence conventionnelle), alors sous l'influence d'une force électromotrice induite, un courant électrique alternatif circulera à travers l'enroulement secondaire pour le récepteur.

Dans le même temps, le courant de charge circulera dans l’enroulement primaire. Cela signifie que l'électricité sera transformée et transmise de l'enroulement secondaire à l'enroulement primaire à la tension pour laquelle la charge est conçue (c'est-à-dire le récepteur d'électricité connecté au réseau secondaire). Le principe de fonctionnement du transformateur repose sur cette simple interaction.

Pour améliorer la transmission du flux magnétique et renforcer le couplage magnétique, l'enroulement du transformateur, primaire et secondaire, est placé sur un noyau magnétique en acier spécial. Les enroulements sont isolés à la fois du circuit magnétique et les uns des autres.

Le principe de fonctionnement du transformateur varie en fonction de la tension des enroulements. Si la tension des enroulements secondaire et primaire est la même, elle sera égale à l'unité, et la signification même du transformateur en tant que convertisseur de tension dans le réseau est alors perdue. Transformateurs abaisseurs et élévateurs séparés. Si la tension primaire est inférieure à la tension secondaire, un tel appareil électrique sera appelé transformateur élévateur. Si le secondaire est inférieur, alors vers le bas. Cependant, le même transformateur peut être utilisé à la fois comme transformateur élévateur et abaisseur. Un transformateur élévateur est utilisé pour transmettre de l'énergie sur différentes distances, pour le transport et d'autres choses. Les abaisseurs sont principalement utilisés pour redistribuer l'électricité entre les consommateurs. Le calcul est généralement effectué en tenant compte de son utilisation ultérieure comme abaisseur ou élévateur de tension.

Comme mentionné ci-dessus, le principe de fonctionnement du transformateur est assez simple. Cependant, sa conception présente quelques détails intéressants.

Dans les transformateurs à trois enroulements, trois enroulements isolés sont placés sur un noyau magnétique. Un tel transformateur peut recevoir deux tensions différentes et transmettre de l'énergie à deux groupes de récepteurs électriques à la fois. Dans ce cas, ils disent qu'en plus des enroulements basse tension, un transformateur à trois enroulements possède également un enroulement moyenne tension.

Les enroulements du transformateur sont de forme cylindrique et sont complètement isolés les uns des autres. Avec un tel enroulement, la section transversale de la tige aura une forme ronde pour réduire les interstices non magnétisés. Moins ces espaces sont petits, plus la masse de cuivre est petite et, par conséquent, la masse et le coût du transformateur.

Avec la découverte et le début de l'utilisation industrielle de l'électricité, le besoin s'est fait sentir de créer des systèmes pour sa conversion et sa livraison aux consommateurs. C'est ainsi qu'apparaissent les transformateurs dont le principe de fonctionnement sera évoqué.

Leur apparition a été précédée par la découverte du phénomène d'induction électromagnétique par le grand physicien anglais Michael Faraday il y a près de 200 ans. Plus tard, lui et son collègue américain D. Henry dessinèrent un schéma du futur transformateur.

Transformateur Faraday

La première concrétisation de l'idée dans le fer a eu lieu en 1848 avec la création d'une bobine d'induction par le mécanicien français G. Ruhmkorff. Des scientifiques russes ont également apporté leur contribution. En 1872, le professeur de l'Université de Moscou A.G. Stoletov a découvert la boucle d'hystérésis et a décrit la structure d'un ferromagnétique, et 4 ans plus tard, l'éminent inventeur russe P.N. Yablochkov a reçu un brevet pour l'invention du premier transformateur de courant alternatif.

Comment fonctionne un transformateur et comment ça marche

Les transformateurs sont le nom d'une vaste « famille » qui comprend des transformateurs monophasés, triphasés, abaisseurs, élévateurs, de mesure et bien d'autres types de transformateurs. Leur objectif principal est de convertir une ou plusieurs tensions alternatives en une autre sur la base d’une induction électromagnétique à fréquence constante.

Alors, brièvement, comment fonctionne le transformateur monophasé le plus simple. Il se compose de trois éléments principaux - les enroulements primaire et secondaire et le circuit magnétique qui les unit en un seul tout, sur lequel ils sont pour ainsi dire enfilés. La source est connectée exclusivement à l'enroulement primaire, tandis que l'enroulement secondaire supprime et transmet la tension déjà modifiée au consommateur.

L'enroulement primaire connecté au réseau crée un champ électromagnétique alternatif dans le circuit magnétique et forme un flux magnétique qui commence à circuler entre les enroulements, induisant dans ceux-ci une force électromotrice (FEM). Sa valeur dépend du nombre de tours dans les enroulements. Par exemple, pour abaisser la tension, il faut qu'il y ait plus de spires dans l'enroulement primaire que dans le secondaire. C'est sur ce principe que fonctionnent les transformateurs abaisseurs et élévateurs.

Une caractéristique importante de la conception du transformateur est que le noyau magnétique a une structure en acier et que les enroulements, généralement de forme cylindrique, en sont isolés, ne sont pas directement connectés les uns aux autres et ont leurs propres marquages.

Transformateurs de tension

Il s’agit peut-être du type de famille de transformateurs le plus nombreux. En résumé, leur fonction principale est de rendre l’énergie produite dans les centrales électriques disponible pour la consommation de divers appareils. À cette fin, il existe un système de transport d’énergie composé de postes de transformation élévateurs et abaisseurs et de lignes électriques.

Tout d'abord, l'électricité produite par la centrale est fournie à un poste de transformation élévateur (par exemple, de 12 à 500 kV). Cela est nécessaire pour compenser les inévitables pertes d’électricité lors du transport sur de longues distances.

L'étage suivant est une sous-station abaisseur, à partir de laquelle l'électricité est fournie via une ligne basse tension à un transformateur abaisseur puis au consommateur sous la forme d'une tension de 220 V.

Mais le travail des transformateurs ne s'arrête pas là. La plupart des appareils électroménagers qui nous entourent - ordinateurs, téléviseurs, imprimantes, machines à laver automatiques, réfrigérateurs, fours à micro-ondes, DVD et même ampoules à économie d'énergie - sont équipés de transformateurs abaisseurs. Un exemple de transformateur « de poche » individuel est un chargeur de téléphone portable (smartphone).

La grande variété d’appareils électroniques modernes et les fonctions qu’ils remplissent correspondent à de nombreux types différents de transformateurs. Ceci n'est pas une liste complète d'entre eux : transformateurs de puissance, d'impulsion, de soudage, de séparation, d'adaptation, tournants, triphasés, de crête, transformateurs de courant, toroïdaux, à tige et à armure.

Que sont-ils, les transformateurs du futur ?

L’industrie des transformateurs est considérée comme plutôt conservatrice. Mais elle doit également compter avec des changements révolutionnaires dans le domaine de l'électrotechnique, où la nanotechnologie se fait de plus en plus connaître. Comme beaucoup d’autres appareils, ils deviennent progressivement plus intelligents.

Une recherche active est en cours pour trouver de nouveaux matériaux structurels – isolants et magnétiques – susceptibles d’offrir une plus grande fiabilité aux équipements de transformateur. Une direction pourrait être l'utilisation de matériaux amorphes, ce qui augmenterait considérablement sa sécurité incendie et sa fiabilité.

Des transformateurs antidéflagrants et anti-incendie apparaîtront dans lesquels les biphényles chlorés, utilisés pour imprégner les matériaux isolants électriques, seront remplacés par des diélectriques liquides non toxiques et respectueux de l'environnement.

Un exemple de ceci est celui des transformateurs de puissance SF6, où la fonction de liquide de refroidissement est assurée par du gaz SF6 ininflammable, de l'hexafluorure de soufre, au lieu de l'huile de transformateur, loin d'être sûre.

C'est une question de temps pour créer des réseaux électriques « intelligents » équipés de transformateurs semi-conducteurs à commande électronique, à l'aide desquels il sera possible de réguler la tension en fonction des besoins des consommateurs, notamment de connecter des énergies renouvelables et industrielles. sources d'alimentation au réseau domestique ou, à l'inverse, éteignez celles qui ne sont pas nécessaires lorsqu'elles ne sont pas nécessaires.

Un autre domaine prometteur est celui des transformateurs supraconducteurs à basse température. Les travaux sur leur création ont commencé dans les années 60. Le principal problème auquel sont confrontés les scientifiques est la taille énorme des systèmes cryogéniques nécessaires à la production d’hélium liquide. Tout a changé en 1986, avec la découverte de matériaux supraconducteurs à haute température. Grâce à eux, il est devenu possible d'abandonner les appareils de refroidissement encombrants.

Les transformateurs supraconducteurs ont une qualité unique : à des densités de courant élevées, les pertes y sont minimes, mais lorsque le courant atteint des valeurs critiques, la résistance à partir du niveau zéro augmente fortement.