Les transformateurs particuliers

Les transformateurs sont la plupart du temps utilisés pour la distribution électrique. Il n'en demeure pas moins que ceux-ci jouent un rôle très important dans le cas des circuits de mesure. Ce qui suit vous permettra de connaître quelques transformateurs particuliers destinés à la mesure et à la distribution.

Le transformateur de potentiel est un transformateur abaisseur.

Il sert principalement à isoler les appareils de mesure pour permettre la lecture de tension des lignes à haute tension.

Grâce au transformateur de potentiel, on peut employer un instrument standard pour mesurer des tensions très élevées de l'ordre de milliers de volts. Ainsi, ce type de transformateur permet, par exemple, à un voltmètre de calibre 0 - 150 V de mesurer une tension aussi élevée que 13 200 volts.

Transformateur de potentiel servant à mesurer une tension élevée :

Le transformateur de courant est utilisé pour ramener à une valeur facilement mesurable les courants très intenses des lignes à haute ou basse tension. Il sert également à isoler les appareils de mesure ou de protection des lignes à haute tension. Le primaire de ce transformateur est monté en série dans la ligne où l'on veut mesurer le courant.

Transformateur de courant servant à mesurer le courant d'une ligne électrique :

Les transformateurs de courant sont employés uniquement aux fins de mesure et de protection. leur puissance est faible et se chiffre normalement entre 15 et 200 VA.

Comme c'est le cas pour les transformateurs conventionnels, le rapport de transformation des transformateurs de courant est inversement proportionnel au rapport du nombre de spires du primaire et du secondaire.

L'emploi des transformateurs de courant sur les lignes à haute tension est indispensable pour des raisons de sécurité.

Si on suppose que le courant dans une ligne à 69 kV est de 3 A, aucune personne ne pourrait approcher ou toucher l'ampèremètre de 0 - 50 A pour mesurer le courant sans subir un choc fatal.

Il est essentiel que cet instrument soit isolé de la haute tension au moyen d'un transformateur, comme il est montré à la figure 2.24. L'isolation entre le primaire et le secondaire doit être suffisante pour éviter toute possibilité de court-circuit.

La valeur de la tension maximale que peut supporter cette isolation est normalement inscrite sur la plaque signalétique.

Il est possible d'obtenir plusieurs niveaux de tension dans le secondaire grâce à un transformateur à secondaires multiples. Ce transformateur est généralement constitué d'un enroulement primaire et de plusieurs enroulements secondaires.

Lorsqu'une tension est appliquée à l'enroulement primaire, il y a une tension induite dans chacun des enroulements secondaires.

Un exemple de ce type de transformateur est donné en dessous:

L'alimentation de 14 400 volts est abaissée au niveau de basses tensions, qui alimentent des appareils électriques. Ainsi, les tensions de 240 et de 120 V seront présentes, lorsque les deux bobines du secondaire sont raccordées en série. La tension entre chacun des fils extérieurs et le fil central est de 120 volts, tandis que la tension entre les deux fils extérieurs est de 240 volts :

Si les deux secondaires sont raccordés en parallèle, c'est-à-dire si les bornes de même polarité sont reliées ensemble, la sortie du transformateur donnera une seule et unique tension de 120 volts :

L'autotransformateur est un transformateur composé d'une seule bobine enroulée autour d'un noyau magnétique:

• Les bornes de haute tension d'un autotransformateur sont les extrémités de la bobine,
• Les bornes de basse tension sont constituées par une extrémité de la bobine et une prise intermédiaire située sur le parcours de celle-ci.
  
  Autotransformateur :

Le rapport de transformation d'un auto-transformateur correspond sensiblement à celui d'un simple transformateur.

Il est déterminé par le rapport du nombre de tours du côté basse tension et du nombre de tours du côté haute tension.

Exemple de calculs :

 Un auto -transformateur présente :

• un enroulement de 300 spires;
• la prise intermédiaire est située aux deux tiers (2/3) de l'enroulement.

Le nombre de spires du côté haute tension (d'une extrémité à l'autre de la bobine) sera de 300,

Le nombre de spires du côté basse tension (de la prise intermédiaire jusqu'à une extrémité de la bobine) sera de 200;( 2/3 de 300)

Autotransformateur ayant un rapport 2/3 :

Le rapport de transformation de cet autotransformateur est de 2/3, car .

Si une tension de 300 volts est appliquée entre les bornes H1 et H2, la tension aux bornes X1 et X2 sera de 200 volts, toujours selon le rapport de transformation de 2/3 (figure 2.28).

Si une charge de 10 Ohms est raccordée au secondaire, un courant de 20 A circulera dans ce dernier, puisque :

La charge consommera alors une puissance de 4 000 W, car :

Cette puissance doit être fournie par la source, et par conséquent celle-ci débitera un courant de 13,3 A, soit :

En résumé sur le transformateur :

A la suite de cette étude, assurez-vous de retenir les points suivants :

- Le transformateur est un dispositif électrique qui a pour fonction de transformer le niveau de la tension ou du courant.

- Le rapport de transformation est une des caractéristiques principales d'un transformateur et il est déterminé par le rapport du nombre de tours (spires) des enroulements :

- Lorsqu'une tension est appliquée dans l'enroulement primaire d'un transformateur, la tension induite dans l'enroulement secondaire est établie en fonction du rapport de transformation de ce transformateur, soit par l'équation : U₂ = m U₁

- Le rapport de transformation peut également être déterminé par la relation entre le courant du primaire et celui du secondaire :

- Il existe principalement trois types de transformateurs :

• abaisseurs,
• élévateurs,
• séparation.

- Idéalement, dans un transformateur, la puissance utile (celle fournie à la charge par le secondaire) doit être égale à la puissance absorbée (celle fournie au transformateur par la source d'alimentation). Cependant, en raison des pertes inévitables causées par les résistances des enroulements et la fuite magnétique du noyau, la puissance utile est toujours inférieure à celle absorbée. Ainsi, le rendement d'un transformateur ne peut jamais atteindre 100 %.

- Les marques de polarité (point) d'un transformateur indiquent quelles sont les bornes primaires et secondaires qui possèdent simultanément la même polarité.

- Un transformateur conventionnel est composé de deux enroulements et un noyau magnétique. Cependant, il existe des transformateurs avec plusieurs enroulements, et des transformateurs avec un seul enroulement, appelés autotransformateurs.