Comment le transformateur est-il disposé et fonctionne-t-il, quelles caractéristiques sont prises en compte pendant le fonctionnement

Dans l'ingénierie énergétique, l'électronique et d'autres branches de l'électrotechnique appliquée, un rôle important est accordé aux transformations de l'énergie électromagnétique d'un type à un autre. De nombreux transformateurs, créés pour diverses tâches de production, résolvent ce problème.

Certains d'entre eux, ayant la conception la plus complexe, effectuent par exemple la transformation de puissants flux d'énergie à haute tension. 500 ou 750 kilovolts en 330 et 110 kV ou en sens inverse.

D'autres fonctionnent dans le cadre de petits appareils électroménagers, d'appareils électroniques, de systèmes d'automatisation. Ils sont également largement utilisés. dans diverses alimentations d'appareils mobiles.

Les transformateurs fonctionnent uniquement dans des circuits de tension alternative de fréquences différentes et ne sont pas destinés à être utilisés dans des circuits CC qui utilisent d'autres types de convertisseurs.

Les transformateurs sont divisés en deux groupes principaux: monophasés, alimentés par un réseau de courant alternatif monophasé, et triphasés, alimentés par un réseau de courant alternatif triphasé.

Les transformateurs sont très divers dans leur conception. Les principaux éléments du transformateur sont: un noyau en acier fermé (noyau magnétique), des enroulements et des pièces utilisées pour fixer le circuit magnétique et les bobines avec des enroulements et installer le transformateur dans le redresseur. Le tuyau central est conçu pour créer un chemin fermé pour le flux magnétique.

Les parties du circuit magnétique sur lesquelles les enroulements sont situés sont appelées tiges, et les parties sur lesquelles il n'y a pas d'enroulements et qui servent à fermer le flux magnétique dans le circuit magnétique sont appelées culasses. Le matériau du circuit magnétique du transformateur est une tôle d'acier électrique (acier de transformateur). Cet acier peut être de différentes qualités, épaisseurs, laminage à chaud et à froid.

Principes généraux de fonctionnement des transformateurs

Nous savons que l'énergie électromagnétique est inextricable. Mais il est d'usage de le représenter en deux volets:

1. électrique;

2. magnétique.

Il est plus facile de comprendre les phénomènes qui se produisent, de décrire les processus, de faire des calculs, de concevoir divers appareils et circuits. Des sections entières du génie électrique sont consacrées à des analyses distinctes du fonctionnement des circuits électriques et magnétiques.

Le courant électrique, comme le flux magnétique, ne circule que le long d'un circuit fermé avec résistance (électrique ou magnétique). Il est créé par des forces externes appliquées - sources de tension des énergies correspondantes.

Cependant, lors de l'examen des principes de fonctionnement des dispositifs transformateurs, il sera nécessaire d'étudier simultanément ces deux facteurs et de prendre en compte leur effet complexe sur la conversion de puissance.

Le transformateur le plus simple se compose de deux enroulements constitués par des enroulements de bobines d'un fil isolé à travers lequel le courant électrique circule et d'une ligne pour le flux magnétique. Il est communément appelé noyau ou noyau magnétique.

La tension de la source d'énergie électrique U1 est appliquée à l'entrée d'un enroulement, et des bornes de la seconde, après conversion en U2, elle est fournie à la charge connectée R.

Sous l'action de la tension U1 dans le premier enroulement, un courant I1 circule dans un circuit fermé, dont la valeur dépend de l'impédance Z, qui se compose de deux composantes:

1. résistance active des fils de l'enroulement;

2. composant réactif à caractère inductif.

L'amplitude de l'inductance a une grande influence sur le fonctionnement du transformateur.

L'énergie électrique circulant à travers l'enroulement primaire sous forme de courant I1 fait partie de l'énergie électromagnétique, dont le champ magnétique est dirigé perpendiculairement au mouvement des charges ou à l'emplacement des spires du fil. Le noyau du transformateur est situé dans son plan - le circuit magnétique, à travers lequel le flux magnétique F.

Tout cela se reflète clairement dans l'image et est strictement observé lors de la fabrication. Le circuit magnétique lui-même est également fermé, bien qu'à certaines fins, par exemple pour réduire le flux magnétique, des espaces puissent y être créés, augmentant sa résistance magnétique.

En raison de la circulation du courant primaire à travers l'enroulement, la composante magnétique du champ électromagnétique pénètre dans le circuit magnétique et circule à travers celui-ci, traversant les spires de l'enroulement secondaire, qui est fermé à la résistance de sortie R.

Sous l'influence du flux magnétique, un courant électrique I2 est induit dans l'enroulement secondaire. Sa valeur est affectée par la valeur de la force du composant magnétique appliqué et de l'impédance du circuit, y compris la charge connectée R.

Lorsque le transformateur fonctionne à l'intérieur du circuit magnétique, un flux magnétique commun F et ses composants F1 et F2 sont créés.

Comment l'autotransformateur est organisé et fonctionne

Parmi les dispositifs transformateurs, les constructions simplifiées sont particulièrement populaires, utilisant non pas deux enroulements différents fabriqués séparément, mais un commun, divisé en sections. Ils sont appelés autotransformateurs.

Le principe de fonctionnement d'un tel circuit est pratiquement resté le même: l'énergie électromagnétique d'entrée est convertie en sortie. Les courants primaires I1 traversent les enroulements de l'enroulement W1 et les secondaires I2 traversent W2. Le circuit magnétique fournit un chemin pour le flux magnétique F.

L'autotransformateur a une connexion galvanique entre les circuits d'entrée et de sortie. Comme toute la puissance appliquée de la source n'est pas convertie, mais seulement une partie, une efficacité plus élevée est créée que celle d'un transformateur conventionnel.

De telles conceptions peuvent économiser sur les matériaux: acier pour le circuit magnétique, cuivre pour les enroulements. Ils ont moins de poids et de coût. Par conséquent, ils sont efficacement utilisés dans le système énergétique à partir de 110 kV et plus.

Il n'y a pratiquement aucune différence particulière dans les modes de fonctionnement du transformateur et de l'autotransformateur.

Modes de fonctionnement du transformateur

Pendant le fonctionnement, tout transformateur peut se trouver dans l'un des états suivants:

• sans travail;

• mode nominal;

• marche au ralenti;

• court-circuit;

• surtension.

Mode d'arrêt

Pour le créer, il suffit de supprimer la tension d'alimentation de la source d'énergie électrique de l'enroulement primaire et d'exclure ainsi le passage du courant électrique à travers celui-ci, ce qu'ils font toujours à coup sûr avec des appareils similaires.

Cependant, dans la pratique, lorsque vous travaillez avec des structures de transformateur complexes, cette mesure n'offre pas de mesures de sécurité complètes: la tension peut rester sur les enroulements et endommager l'équipement, mettre en danger le personnel en raison d'une exposition accidentelle aux décharges de courant.

Comment cela peut-il arriver?

Pour les transformateurs de petite taille qui fonctionnent comme alimentation, comme indiqué sur la photo du haut, la tension externe ne causera aucun dommage. Il n'a simplement nulle part où aller à partir de là. Et sur les équipements électriques, il faut en tenir compte. Nous analyserons deux causes communes:

1. connecter une source externe d'électricité;

2. l'effet de la tension induite.

Première option

Sur les transformateurs complexes, pas un, mais plusieurs enroulements sont utilisés, qui sont utilisés dans différents circuits. Tous doivent être déconnectés de la tension.

De plus, dans les sous-stations fonctionnant en mode automatique sans personnel d'exploitation constant, des transformateurs supplémentaires sont connectés aux bus des transformateurs de puissance, fournissant à leurs propres besoins de la sous-station une puissance électrique de 0,4 kV.Ils sont conçus pour alimenter les protections, les dispositifs d'automatisation, l'éclairage, le chauffage et d'autres usages.

Ils sont appelés ainsi - TSN ou transformateurs auxiliaires. Si la tension est supprimée de l'entrée du transformateur de puissance et que ses circuits secondaires sont ouverts et que le travail est effectué sur le TSN, il y a une possibilité de transformation inverse lorsque la tension de 220 volts du côté inférieur pénètre au niveau supérieur via les bus d'alimentation connectés. Par conséquent, ils doivent être désactivés.

Action de tension induite

Si une ligne à haute tension fonctionnant sous tension passe à proximité des bus d'un transformateur déconnecté, les courants qui la traversent peuvent induire une tension sur les pneus. Il est nécessaire d'appliquer des mesures pour le supprimer.

Mode de fonctionnement nominal

Il s'agit de l'état normal du transformateur pendant son fonctionnement pour lequel il a été créé. Les courants dans les enroulements et les tensions qui leur sont appliquées correspondent aux valeurs calculées.

Le transformateur en mode de charge nominale consomme et convertit des capacités correspondant aux valeurs de conception pour l'ensemble de la ressource qui lui est fournie.

Mode veille

Il est créé lorsque la tension est fournie au transformateur à partir de la source d'alimentation et que la charge est déconnectée aux bornes de l'enroulement de sortie, c'est-à-dire que le circuit est ouvert. Cela élimine le flux de courant à travers l'enroulement secondaire.

Le transformateur en mode veille consomme la puissance la plus faible possible, déterminée par ses caractéristiques de conception.

Mode court-circuit

C'est le cas lorsque la charge connectée au transformateur s'avère être court-circuitée, étroitement shuntée par des chaînes à très faibles résistances électriques et que toute l'alimentation de la source de tension agit sur elle.

Dans ce mode, le flux d'énormes courants de court-circuit est pratiquement illimité. Ils ont une énorme énergie thermique et sont capables de brûler des fils ou des équipements. De plus, ils agissent jusqu'à ce que le circuit de puissance à travers l'enroulement secondaire ou primaire s'éteigne, se cassant au point le plus faible.

Il s'agit du mode le plus dangereux pouvant survenir pendant le fonctionnement du transformateur et, à tout moment, le moment le plus inattendu. Son apparence est prévisible et son développement doit être limité. À cette fin, ils utilisent des protections qui surveillent l'excès de courants admissibles sur la charge et les éteignent le plus rapidement possible.

Mode surtension

Les enroulements du transformateur sont recouverts d'une couche d'isolation, créée pour fonctionner sous une certaine tension. Pendant le fonctionnement, elle peut être dépassée pour diverses raisons qui surviennent à l'intérieur du système électrique et à la suite d'une exposition à des phénomènes atmosphériques.

En usine, la valeur de la surtension admissible est déterminée, ce qui peut agir sur l'isolation pendant plusieurs heures et les surtensions à court terme créées par les transitoires lors de la commutation de l'équipement.

Pour éviter leur impact, ils créent une protection contre l'augmentation de tension qui, en cas d'urgence, coupe l'alimentation du circuit en mode automatique ou limite les impulsions de décharge.

Suite de l'article:Les principaux types de conceptions de transformateurs