Transformateur de puissance de haute qualité du fabricant chinois avec les normes CEI

Qu'est-ce qu'un transformateur ?

Le transformateur est un appareil électrique qui utilise le principe de l'induction électromagnétique pour modifier la tension du courant alternatif, notammenttransformateurs élévateurs et abaisseurs. Au cours du processus d'établissement et de réglage de la tension, les transformateurs maintiendront sa fréquence inchangée, en faisant varier le rapport de spires entre les enroulements primaire et secondaire. Son mécanisme de fonctionnement principal est que lorsque le courant alternatif circule dans l'enroulement primaire, il crée un champ magnétique variable dans le noyau, qui à son tour induit une force électromotrice dans l'enroulement secondaire, permettant ainsi la conversion entre tension et courant : l'augmentation de la tension réduit le courant, l'abaissement de la tension augmente le courant et, idéalement, la puissance totale reste constante. Cette caractéristique permet de réduire considérablement les pertes de transmission lors de la fourniture d'énergie sur de longues distances, tout en fournissant également des tensions adaptées en toute sécurité pour divers appareils au point d'utilisation. Les applications typiques vont des transformateurs géants dans les sous-stations, des transformateurs de distribution sur les poteaux électriques aux transformateurs miniatures dans les chargeurs de téléphones portables. Cependant, il faut surtout noter queun transformateur fonctionne uniquement en courant alternatif et ne peut pas convertir le courant continu.

Quel est le principe de fonctionnement d'un transformateur ?

Le principe de fonctionnement d'un transformateur est basé surloi de l'induction électromagnétique. Lorsqu'un courant alternatif circule dans l'enroulement primaire, il crée un flux magnétique alternatif dans le noyau. Ce flux alternatif relie simultanément les enroulements primaire et secondaire, induisant une force électromotrice (FEM) dans chaque enroulement. Grâce à cette induction électromagnétique, le transformateur transfère l'énergie électrique et transforme la tension, avec uniquement un couplage magnétique entre les deux enroulements et aucune connexion électrique directe.

La relation de transformation de tension est la suivante :

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

où U₁, U₂ sont les tensions primaire et secondaire, N₁, N₂ sont le nombre de spires dans les enroulements et k est le rapport des spires. Lorsque le secondaire a plus de spires que le primaire, le transformateurintensifietension; quand il a moins de tours, ildescendtension.

Construction et composants clés

Un transformateur est principalement constitué de la partie active telle quenoyau, enroulements, isolation et fils, réservoir, système de refroidissement, dispositifs de protection et traversées. Le noyau et les enroulements, également appelés bobines, sont les composants les plus essentiels.

1. Noyau (circuit magnétique)

Le noyau fournit le chemin magnétique et est composé de pattes de noyau (sections verticales sur lesquelles les enroulements sont montés) et de culasses (sections horizontales qui ferment le chemin magnétique). Pour réduire les pertes par courants de Foucault et les pertes par hystérésis, le noyau est généralement construit à partir detôles d'acier au silicium, chacun recouvert d'un vernis isolant ou d'une couche d'oxyde pour les isoler les uns des autres. Les configurations de base sont principalementtype de noyau(les enroulements entourent les pattes du noyau, courants dans les transformateurs de puissance) ettype de coque(le noyau entoure les enroulements, ce qui entraîne un faible flux de fuite et une résistance mécanique élevée, souvent utilisés dans les instruments de précision et les petits appareils).

2. Enroulements (circuit électrique)

Les enroulements sont le circuit électrique du transformateur, divisé enenroulement primaire et enroulement secondaire. Ils sont constitués de fils de cuivre ou d'aluminium avec une isolation à haute résistance. Les enroulements sont généralement disposés de manière concentrique (enroulement basse tension placé à côté de la branche centrale, enroulement haute tension enroulé autour de l'extérieur). Concernant l'isolation, les transformateurs immergés dans l'huile modernes utilisent principalement unsystème d'isolation composite barrière huilé-papiercomposé de carton comprimé, de papier pour câble et d'huile de transformateur. L'épaisseur du carton comprimé est généralement de 2 à 5 mm, permettant une isolation fiable pour les niveaux de tension élevés.

Ce qui précède décrit le système électromagnétique de base, et les systèmes auxiliaires suivants sont également très importants pour les transformateurs immergés dans l'huile :

Réservoir:Un récipient externe utilisé pour contenir les noyaux de fer, les enroulements et remplir l'huile de transformateur. Les transformateurs de grande capacité sont généralement équipés de radiateurs externes ou de tuyaux de refroidissement pour améliorer la dissipation thermique.

Huile de transformateur :Il sert à la fois de milieu isolant (avec de meilleures performances d'isolation que l'air) et de milieu de refroidissement (la chaleur générée par le noyau et l'enroulement du transformateur est transférée à la paroi du réservoir de mazout par convection de l'huile). Selon différents points d'écoulement, l'huile de transformateur est divisée en différentes qualités telles que10, 25 et 45pour s'adapter aux différentes conditions climatiques.

Conservateur (réservoir tampon d'huile) :Un réservoir de carburant horizontal installé au-dessus du réservoir de carburant principal, relié par des tuyaux. Il sépare l'huile de l'air à travers un diaphragme. Basé sur les caractéristiques de l'huile qui se dilate et se contracte avec les changements de température, il stocke l'huile à des températures plus élevées et fournit de l'huile à des températures plus basses, réduisant ainsi le contact entre l'huile et l'air et empêchant l'absorption d'humidité et le vieillissement.

Bagues :Faire sortir les fils haute et basse tension des bornes isolées du boîtier du transformateur ; Ils assurent l'isolation électrique et le support mécanique.

Dispositifs de protection :Y compris les changeurs de prises en charge ou hors charge, les relais Bucher (relais à gaz), les ports d'échappement antidéflagrants (ports d'échappement de sécurité), les respirateurs de déshydratation (respirateurs en silicone), les éléments de détection de température et les instruments associés. Ces appareils peuvent généralement fournir une surveillance en temps réel et une protection complète.

Types de transformateurs

Les transformateurs peuvent être classés sous plusieurs aspects ci-dessous :

1. Selon la demande

Transformateurs de puissance :Les transformateurs de puissance sont principalement utilisés pour la conversion de tension et la transmission/distribution de puissance dans les systèmes électriques, représentant plus de 80 % de tous les transformateurs.

Transformateurs de distribution :Les transformateurs de distribution font généralement référence aux transformateurs inférieurs à 35 kV (principalement 10 kV/0,4 kV) qui alimentent directement les utilisateurs finaux.

Transformateurs spéciaux :Y compris les transformateurs d'essai pour les tests de tenue à la tension, les transformateurs d'instruments (y compris les transformateurs de tension, les transformateurs de courant pour la mesure et la protection), les transformateurs redresseurs pour CA à CC, utilisés pour l'électrolyse, la galvanoplastie, l'entraînement CC, les transformateurs de four, les transformateurs miniers, etc.

2. Selon le milieu de refroidissement et d'isolation

Transformateurs immergés dans l'huile :Le noyau et l'enroulement de fer du transformateur immergés dans l'huile sont complètement immergés dans de l'huile isolante minérale, qui présente d'excellentes performances de dissipation thermique et d'isolation, un rendement élevé et un coût relativement faible. Les transformateurs immergés dans l'huile sont largement utilisés dans les sous-stations extérieures et les parcs industriels, mais ils nécessitent des mesures de prévention des incendies et des explosions.

Transformateurs de type sec :Le noyau et l'enroulement en fer du transformateur de type sec ne sont pas immergés dans l'huile ; Ils utilisent des matériaux d'isolation à l'air ou solides tels que le moulage de résine époxy. Les transformateurs de type sec sont résistants au feu et sans fuite, adaptés aux endroits intérieurs soumis à des réglementations strictes en matière de prévention des incendies, tels que les immeubles de grande hauteur, les centres de données, les centres commerciaux et les hôpitaux.

Transformateurs isolés au gaz :Les transformateurs isolés au gaz sont relativement rares sur le marché et utilisent généralement des gaz synthétiques tels que le SF₆ comme fluide de refroidissement et d'isolation, adaptés à des conditions de fonctionnement particulières.

3. Selon le nombre d'enroulements

Transformateur à deux enroulements :Les transformateurs à deux enroulements sont assez courants dans les systèmes électriques, ils comportent un enroulement haute (moyenne) tension et un enroulement basse tension (un enroulement primaire et un enroulement secondaire).

Transformateur à trois enroulements :Un transformateur à trois enroulements comporte trois enroulements par phase, connectés à différents niveaux de tension (par exemple côté haute tension, côté moyenne tension, côté basse tension). Ce transformateur est couramment utilisé dans les sous-stations nécessitant plusieurs niveaux de tension.

4. Selon la configuration du noyau/enroulement

Transformateur de type noyau :L'enroulement du transformateur de type noyau entoure les pattes du noyau de fer (le noyau de fer est entouré par l'enroulement). Ce produit a une structure simple, un faible coût et est largement utilisé dans les systèmes électriques.

Transformateur de type coque :Le noyau d'un transformateur de type coque entoure l'enroulement (l'enroulement entoure le noyau). Il présente ces caractéristiques telles qu'un faible flux de fuite, une résistance mécanique élevée et une taille compacte et est couramment utilisé dans les instruments de précision et les petits équipements.

5. Selon le nombre de phases

Transformateurs monophasés utilisés pour des charges monophasées ou pour former des groupes triphasés et des transformateurs triphasés.

6. Selon la méthode de régulation de tension

Changeur de prises hors circuit (hors charge) (nécessite une mise hors tension) et changeur de prises en charge (régulation automatique de la tension sous charge).

7. Selon le type de connexion électrique

Transformateur d'isolement (isolement) :L'enroulement primaire et l'enroulement secondaire du transformateur d'isolement sont électriquement isolés l'un de l'autre, uniquement par couplage magnétique. Ce type de transformateur présente une sécurité extrêmement élevée et est couramment utilisé dans les équipements médicaux et les instruments de précision pour éviter les chocs électriques et les interférences électromagnétiques.

Autotransformateur :Le primaire et le secondaire partagent une partie de l'enroulement, ayant à la fois un couplage magnétique et une connexion électrique directe. Compact, de petite taille, faibles pertes, mais pas d'isolation entre primaire et secondaire. Utilisé pour le démarrage du moteur et la régulation de la tension (par exemple, variac de laboratoire).

Comment sont classés les transformateurs de puissance ?

Capacité nominale (Sn, en kVA ou MVA) :La puissance apparente qu'un transformateur peut fournir en continu à la tension et au courant nominal. C'est le paramètre le plus important pour sélectionner un transformateur. Les classes de capacité chinoises suivent la série R10, augmentant d'un facteur 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA, etc.). Une sélection de capacité raisonnable calcule d'abord la charge composite maximale, puis choisit la capacité immédiatement supérieure de sorte que le facteur de charge soit d'environ 60 à 70 %, garantissant à la fois un fonctionnement sûr et une économie à long terme.

Tension nominale (kV) :La tension primaire correspond à la tension du réseau ; la tension secondaire est généralement 5 % ou 10 % supérieure à la tension du bus côté bas (en fonction de la tension d'impédance et de la capacité) pour compenser la chute de tension de ligne et garantir la qualité de la tension de l'utilisateur final.

Impédance de court-circuit (tension d'impédance, Uk%) :Le pourcentage de tension primaire requis pour faire circuler le courant nominal à travers le secondaire lorsque le secondaire est en court-circuit. Il s'agit d'une caractéristique critique qui affecte les niveaux de courant de court-circuit et la régulation de la tension.

Perte à vide (Po, kW) :La puissance active consommée du côté secondaire d'un transformateur en circuit ouvert à la fréquence et à la tension nominales est principalement composée de pertes dans le noyau (pertes magnétiques), qui dépendent de la qualité de fabrication et des caractéristiques du matériau en acier au silicium. Si de l'acier au silicium haute performance et des noyaux enroulés en trois dimensions sont utilisés, les pertes à vide peuvent être considérablement réduites.

Perte de charge (Pk, kW) :La puissance active consommée lorsque le secondaire est court-circuité et que le courant nominal circule dans le primaire. Il s’agit principalement de pertes de cuivre dans les enroulements et est proportionnelle au carré du facteur de charge.

Efficacité (η):Puissance active de sortie divisée par la puissance active d'entrée. Les gros transformateurs de puissance ont un rendement très élevé ; par exemple, un transformateur élévateur de générateur de 380 MVA/500 kV peut atteindre η ≥ 99,75 %.

Groupe de vecteurs (par exemple, Dyn11, Yyn0) :Indique la méthode de connexion (Y -- étoile, D -- triangle, Z -- zigzag) des enroulements haute et basse tension et leur déphasage. Cela affecte la méthode de mise à la terre neutre du système et le chemin du courant homopolaire.

Méthode de refroidissement :Par exemple, ONAN (Oil Natural Air Natural), ONAF (Oil Natural Air Forced), OFWF (Oil Forced Water Forced). Les codes à quatre lettres précisent le fluide de refroidissement et la méthode de circulation (ON : circulation naturelle d'huile ; OF : circulation forcée d'huile ; OD : circulation forcée dirigée par l'huile ; AN : air naturel ; AF : air forcé ; WF : eau forcée).

Comment choisir les transformateurs adaptés ?

Lors de la sélection d'un transformateur approprié, outre la détermination de la capacité nominale et des niveaux de tension, les facteurs suivants doivent également être pris en compte :

Caractéristiques de charge :Pour les charges industrielles et résidentielles typiques, nous utilisons généralement des transformateurs de puissance standard à double enroulement. Si plusieurs niveaux de tension sont requis, un transformateur à trois enroulements doit être sélectionné et la capacité nominale de chaque enroulement doit être allouée de manière raisonnable. Pour les endroits soumis à des exigences strictes en matière de sécurité incendie, tels que les centres de données et les immeubles de grande hauteur, les transformateurs de type sec doivent être prioritaires.

Environnement d'installation :Les transformateurs immergés dans l'huile avec cloisons ignifuges sont généralement préférés pour les sous-stations extérieures, tandis que les transformateurs de type sec doivent être préférés pour les environnements d'utilisation en intérieur.

Limites de capacité :Dans les sous-stations intérieures, la capacité maximale d'un seul transformateur immergé dans l'huile ne doit pas dépasser 1 250 kVA ; Dans les sous-stations préfabriquées, la capacité maximale des transformateurs immergés dans l'huile ne doit pas dépasser 630 kVA et la capacité des transformateurs de type sec ne doit pas dépasser 800 kVA.

Exigences de régulation de tension :Pour les environnements présentant de grandes fluctuations de tension ou des ajustements fréquents, des transformateurs avec changeurs de prises en charge sont nécessaires ; Pour les applications avec tension stable, un transformateur avec changeur de prises sans charge peut être utilisé.

Efficacité énergétique et exigences environnementales :En raison des politiques d'économie d'énergie, les produits de transformateurs à haut rendement et économes en énergie deviennent progressivement le choix courant. À l'heure actuelle, la part de marché des transformateurs à noyau de fer enroulé 3D (avec des pertes à vide 15 à 25 % inférieures à celles des noyaux de fer laminés traditionnels) et des transformateurs en alliage amorphe augmente d'année en année.

Applications spéciales :Lorsqu'une régulation de tension est requise, un autotransformateur doit être sélectionné ; Il est plus approprié de choisir un transformateur d’isolement lorsque les exigences de sécurité électrique sont plus élevées.