transformateur

Un transformateur est une machine électrique statique qui transfère de la puissance entre deux ou plusieurs circuits en utilisant l'induction électromagnétique. Il se compose de deux ou plusieurs bobines de fil enroulées autour d'un noyau commun en fer ou en ferrite. Lorsqu'un courant alternatif traverse la bobine primaire, il crée un champ magnétique variable dans le noyau, ce qui induit une tension dans la bobine secondaire. Le transformateur effectue ce transfert sans pièces mobiles, sans usure mécanique, et avec une efficacité généralement comprise entre 96 et 99 pour cent selon la taille et la conception.

La raison fondamentale de l'existence des transformateurs est de modifier les niveaux de tension. Un générateur peut produire 20 kV; les lignes de transmission fonctionnent à 138 kV ou 765 kV pour réduire les pertes résistives sur de longues distances; les réseaux de distribution locaux abaissent la tension à 13,8 kV ou 4,16 kV; et l'équipement du client s'attend à 480 V triphasé ou 120/240 V monophasé. Les transformateurs rendent chacune de ces transitions possibles. Le rapport de tension est égal au rapport de spires: un transformateur abaisseur 10:1 avec 1000 spires au primaire et 100 spires au secondaire réduira la tension d'un facteur 10, tout en augmentant le courant proportionnellement.

Les transformateurs se répartissent en grandes catégories selon leur application. Les transformateurs de puissance, d'une puissance nominale supérieure à 100 kVA, gèrent la production, la transmission et les postes; ils sont grands, souvent refroidis à l'huile, et conçus pour un fonctionnement continu. Les transformateurs de distribution, généralement de 10 à 50 kVA, sont suspendus aux poteaux électriques ou installés dans des enceintes montées sur socle desservant les quartiers. Les petits transformateurs secs d'une puissance nominale inférieure à 10 kVA apparaissent dans les circuits de commande, l'instrumentation et les machines-outils. Les types spécialisés comprennent les transformateurs d'isolement (le primaire et le secondaire ont la même tension mais aucune connexion électrique directe), les autotransformateurs (les enroulements primaire et secondaire partagent des spires, économisant du cuivre) et les transformateurs de mesure (transformateurs de courant et transformateurs de potentiel pour la mesure et la protection).

Modes de défaillance courants et contraintes opérationnelles

Les défaillances des transformateurs proviennent de la chaleur, de l'humidité et de la rupture diélectrique. Les transformateurs immergés dans l'huile dépendent de l'huile minérale à la fois comme liquide de refroidissement et comme isolant électrique; la contamination par l'eau et l'oxydation dégradent l'huile, réduisant sa rigidité diélectrique et entraînant des défauts internes. La surcharge provoque une augmentation de la température des enroulements; les cycles thermiques répétés fatiguent l'isolation et accélèrent le vieillissement. Les surtensions dues à la foudre ou aux transitoires de commutation peuvent perforer l'isolation entre les enroulements ou entre un enroulement et la terre. Les dommages mécaniques externes, les courts-circuits côté secondaire et la saturation du noyau due à un biais CC ou à des courants harmoniques raccourcissent tous la durée de vie.

Un transformateur de puissance triphasé pèse généralement des centaines de kilogrammes et occupe une surface au sol importante. Le noyau est laminé à partir de fines tôles d'acier pour réduire les pertes par courants de Foucault. Les enroulements sont en fil de cuivre ou d'aluminium, soigneusement enroulés selon des tolérances précises et isolés avec du papier, de l'émail ou des matériaux synthétiques. La surveillance de la température, l'échantillonnage de l'huile et l'analyse des gaz dissous sont des pratiques d'entretien courantes pour les unités de grande valeur. Les données de la plaque signalétique comprennent la puissance nominale en kilovoltampères (kVA), les tensions primaire et secondaire, l'impédance (chute de tension en pourcentage à pleine charge), la classe de refroidissement (REFROIDI À L'HUILE, AUTO-REFROIDI ou DE TYPE SEC) et les réglages de prises pour l'ajustement de la tension.