Un transformateur élévateur élève la tension au secondaire et abaisse le courant, tandis qu'un transformateur abaisseur abaisse la tension et élève le courant ; le transformateur physique peut parfois remplir l'un ou l'autre rôle, mais l'isolation, les prises, la mise à la terre, le courant d'appel et l'homologation du fabricant doivent correspondre à la direction prévue. Le rapport de spires établit le rapport de tension approximatif, tandis que le kVA reste presque constant, pertes exclues. Le choix de l'application doit également tenir compte de la phase, de la fréquence, du couplage, de l'impédance, de la régulation et de la protection.
Rapport de spires, tension et courant
Pour un transformateur idéal, V₂/V₁ = N₂/N₁. Un secondaire comportant plus de spires que le primaire produit une tension plus élevée ; moins de spires produit une tension plus faible. La puissance apparente est approximativement conservée, donc I₂/I₁ = N₁/N₂. Les unités réelles ajoutent la résistance des enroulements, la réactance de fuite, le courant d'excitation et les pertes.
Utilisez des grandeurs nominales de ligne et de phase cohérentes avec le couplage des enroulements. Dans les équipements triphasés, les relations entre triangle et étoile peuvent faire en sorte que le rapport de tension de ligne diffère du rapport de spires d'un enroulement individuel.
Applications typiques d'élévation et d'abaissement de tension
Les centrales de production et les installations d'énergies renouvelables utilisent des transformateurs élévateurs pour relier les générateurs ou onduleurs à basse tension aux réseaux de collecte et de transport. Les installations industrielles peuvent élever une tension de 480 V à un niveau de distribution moyenne tension lorsque la longueur des lignes d'alimentation ou une charge importante le justifie.
La distribution des services publics et des installations utilise des transformateurs abisseurs pour alimenter des systèmes d'utilisation de 480 V, 400 V, 208Y/120 V ou autres. Les transformateurs de commande et d'isolement fournissent des tensions plus faibles pour les machines tout en maintenant la séparation là où elle est conçue.
Un transformateur peut-il être alimenté à l'envers ?
Certains transformateurs à deux enroulements peuvent être alimentés par l'enroulement normalement marqué comme secondaire, mais la tension de sortie résultante peut ne pas correspondre à la valeur nominale du primaire d'origine, car les prises et la régulation ont été conçues pour le sens normal. Le courant d'appel peut changer considérablement et l'enroulement autrefois basse tension peut ne pas disposer du dispositif de protection ou de mise à la terre attendu.
Ne pas alimenter en sens inverse sans l'approbation écrite du fabricant. Confirmer l'isolation, l'accessibilité du neutre, les prises, les écrans électrostatiques, le repérage des bornes, la protection et l'interdiction de mettre sous tension les bornes exposées inutilisées.
Comparaison entre transformateur élévateur et transformateur abaisseur
| Facteur | Demande d'itinérance | Application dégressive | Vérifier |
|---|---|---|---|
| Tension | Secondaire supérieur à la source | Secondaire inférieur à la source | Entrée/sortie nominales et prises |
| Actuel | Courant de sortie plus faible pour le même kVA | Courant de sortie plus élevé pour le même kVA | Capacité de transport de courant des conducteurs et des appareils |
| Usage courant | Production et distribution à longue distance | Utilisation des services publics et des installations | Profil de charge et architecture système |
| Accent sur la protection | Isolation haute tension et tenue aux surtensions | Courant de défaut secondaire élevé et contrainte thermique des conducteurs | Études de court-circuit et de coordination |
| Alimentation inversée | Peut être proposé pour des cas particuliers | Sens normal pour de nombreuses unités de distribution | Approbation écrite du fabricant |
Sélection, Régulation et Protection
Spécifiez les plages de tension d'entrée/sortie, la charge en kVA, la phase, la fréquence, le raccordement, le neutre et la mise à la terre. Évaluez le facteur de puissance de la charge, les harmoniques, le démarrage des moteurs, la température ambiante, l'altitude et l'expansion future. L'impédance affecte la chute de tension et le courant de court-circuit disponible.
Les appareils primaires et secondaires nécessitent des calibres de courant différents. La protection doit tolérer le courant d'appel et se coordonner avec les limites de dommage du transformateur. Une application élévatrice peut introduire des exigences plus élevées en matière de commutation à haute tension, de protection contre les surtensions et de coordination de l'isolement.
Que fait un transformateur abaisseur de tension au courant ?
Un transformateur abaisseur réduit la tension alternative et permet un courant secondaire nominal plus élevé pour une puissance apparente approximativement égale. Il ne force pas ce courant à travers la charge. Le courant réel dépend de la charge connectée ; la valeur nominale du transformateur indique la quantité qu'il peut fournir dans ses conditions spécifiées. Cette distinction importe lorsqu'une petite charge électronique est connectée à une alimentation beaucoup plus grande.
Dans un transformateur monophasé idéal, VpIp = VsIs. Si la tension chute d'un facteur quatre, le courant à pleine charge correspondant augmente d'un facteur quatre. La puissance d'entrée réelle alimente également les pertes dans le noyau et les enroulements. Par conséquent, une tension plus basse ne crée pas d'énergie gratuite, et le secondaire ne peut pas dépasser sa limite thermique simplement parce que le disjoncteur primaire dispose d'une capacité de réserve.
Un exemple de calcul de 480 à 120 V
Prenez un transformateur monophasé d'une puissance nominale de 2 kVA, avec un primaire de 480 V et un secondaire de 120 V. Son rapport de tension nominal est de 480 ÷ 120 = 4. Le courant primaire idéal à pleine charge est de 2 000 ÷ 480 = 4,17 A ; le courant secondaire nominal est de 2 000 ÷ 120 = 16,67 A. Ces courants décrivent les deux côtés d'une même puissance apparente nominale. Ce ne sont pas des calibres de fusibles prescrits.
Si une charge nécessite 1 000 VA à 120 V, son courant nominal est de 8,33 A et le courant primaire idéal est de 2,08 A. Le transformateur conserve une puissance nominale de 2 kVA, mais il ne fournit que ce que la charge demande, plus ses propres pertes. Les mesures réelles dépendent de la tension d'alimentation, de la forme d'onde, de la régulation et du facteur de puissance. Les dispositifs de protection doivent en outre tenir compte du courant d'appel à la mise sous tension, de la capacité des conducteurs et de la coordination.
La relation idéale et sa dérivation sont expliquées dans Physique universitaire OpenStax : Transformateurs. Ces exemples appliquent cette relation à des évaluations hypothétiques ; ils ne décrivent pas un modèle LBAJI proposé ni ne garantissent une tension mesurée particulière.
Les valeurs nominales triphasées nécessitent le facteur de phase
Pour une charge triphasée équilibrée, S = √3 × VLL × JeL. Utilisez systématiquement la tension entre phases et le courant de ligne. Un appareil de 30 kVA avec un secondaire de 208 V entre phases a un courant de ligne nominal d'environ 83,3 A. Diviser 30 000 par 208 sans le facteur de la racine carrée de trois surestimerait le courant. De même, confondre une valeur de 120 V entre phase et neutre avec 208 V entre phases produit une erreur différente.
Le rapport de spires s'applique aux enroulements individuels, tandis que le rapport des tensions de ligne de la plaque signalétique dépend également des connexions en triangle ou en étoile. Un transformateur triangle-étoile ne peut donc pas être interprété uniquement en divisant les tensions de ligne et en supposant que ce résultat est égal au rapport de spires. Le groupe de couplage, le neutre et le déphasage font partie des spécifications, en particulier lors du raccordement d'un transformateur à un système triphasé existant.
Pourquoi la sortie mesurée diffère de l'étiquette
Un transformateur n'est pas nécessairement une alimentation régulée. À vide, la tension au secondaire peut être supérieure à la valeur nominale en charge ; à mesure que le courant augmente, la résistance des enroulements et la réactance de fuite contribuent à la chute de tension. Le facteur de puissance de la charge affecte le résultat. La variation de la tension d'alimentation apparaît également au secondaire par le biais du rapport de transformation. Une prise (ou un tressage) permet d'ajuster la relation nominale, mais elle ne fournit pas automatiquement une régulation continue.
Vérifiez la plage de tension acceptable de la charge au démarrage et en fonctionnement stable. De longs câbles secondaires peuvent entraîner une chute de tension importante, car le courant est plus élevé du côté basse tension. Si un actionneur ou un contacteur ne parvient pas à s'enclencher, la régulation du transformateur et la chute de tension dans les câbles peuvent toutes deux jouer un rôle. Augmenter la prise de tension sans étudier le circuit pourrait entraîner une surtension sur d'autres charges lorsque la charge lourde est déconnectée.
La baisse de régime ne signifie pas nécessairement l'isolement
Un transformateur conventionnel à enroulements séparés peut réduire la tension tout en assurant une séparation galvanique. Un autotransformateur peut également réduire la tension, mais son enroulement commun fournit une connexion conductive directe. Les mots “ abaisseur de tension ” décrivent la direction de la tension, et non la disposition de l'isolation. Un cahier des charges nécessitant à la fois une réduction de tension et une isolation doit stipuler explicitement ces deux exigences.
Un adaptateur de voyage est une autre source de confusion. Un adaptateur de prise modifie la connexion physique et peut ne pas changer du tout la tension. Certains appareils électroniques acceptent une large plage de tension secteur, tandis que d'autres nécessitent une alimentation de conversion adaptée. Vérifiez l'étiquette d'entrée de l'équipement et les exigences en matière d'alimentation. Un transformateur industriel ne doit pas être proposé pour un usage grand public portable simplement parce que les tensions semblent correspondre.
La fréquence et le type de charge peuvent exclure une correspondance apparente
Un transformateur conserve normalement la fréquence. Une alimentation de 60 Hz produit une sortie de 60 Hz, et un transformateur de tension ne convertit pas une source de 50 Hz en 60 Hz. Le flux magnétique du noyau dépend de la relation entre la tension et la fréquence. Fonctionner à une fréquence plus basse avec une tension inchangée peut augmenter le flux et l'échauffement au-delà de la limite de conception, à moins que la plaque signalétique et le fabricant ne l'autorisent.
Le courant continu (CC) continu ne prend pas en charge l'action normale d'un transformateur après le transitoire initial et peut provoquer un courant et un échauffement excessifs. Utilisez un convertisseur approprié pour la conversion de tension continue. Les redresseurs, les entraînements à vitesse variable, les alimentations pour LED et autres charges non linéaires introduisent également des courants qu'un simple total en kW ne décrit pas entièrement. Indiquez les exigences en matière d'harmoniques et de facteur de marche lors du choix du transformateur.
Contrôles de sélection pour une installation réelle
Commencez par la tension de sortie en charge requise, la puissance totale en VA, la phase, la fréquence et le comportement de démarrage de la charge. Déterminez si un neutre est nécessaire et si une séparation électrique est requise. Vérifiez la température ambiante, l'altitude, la ventilation, le boîtier et l'espace d'installation. Ces conditions influencent la capacité utilisable et le refroidissement ; un même kVA nominal ne rend pas chaque boîtier ou installation équivalent.
Confirmez ensuite l'impédance, les prises autorisées, les bornes et les exigences relatives aux dispositifs de protection. Comparez la chute de tension et le courant de défaut disponible avec les caractéristiques nominales de l'équipement en aval. Exigez un schéma de raccordement et des données d'essai pour le modèle exact. Le Exigences d'installation électrique de l'OSHA fournir un contexte pertinent pour l'adéquation des équipements et leur utilisation dans les limites de leurs caractéristiques assignées. Le choix final des conducteurs et des protections relève de la conception de l'installation applicable.
Contexte technique supplémentaire : Principes des transformateurs et relations de tension.
Guides sur les transformateurs associés et contexte du produit
Examinez le Guide des fondamentaux des transformateurs pour les principes sous-jacents. Pour les questions connexes, lisez Qu'est-ce qu'un autotransformateur ? Principe, utilisations et limites et Qu'est-ce qu'un transformateur d'isolement ? Sécurité, utilisations et sélection. Pour les spécifications du matériel de distribution, voir le transformateur de puissance immergé dans l'huile de 35 kV; confirmez la portée réelle du produit et les classifications avant de l'utiliser dans un projet.
Vidéo : le principe sous-jacent du transformer
The Engineering Mindset illustre le principe électrique abordé ici. Cette explication de fond complète l'article ; elle ne démontre ni n'autorise les travaux sur le terrain.
Foire aux questions
Que fait un transformateur abaisseur ?
Il réduit la tension alternative grâce à son rapport de spires. Pour une puissance apparente approximativement identique, le courant de sortie nominal correspondant est plus élevé, tandis que la fréquence reste normalement inchangée.
Est-ce qu'un transformateur abaisseur augmente le courant dans toutes les charges ?
Non. La charge détermine le courant réel. La puissance nominale du transformateur indique le courant qu'il peut fournir dans des conditions spécifiées, et non un courant imposé à chaque appareil connecté.
Un abaisseur de tension est-il toujours isolé ?
Non. Des enroulements séparés peuvent assurer l'isolement, mais un autotransformateur peut abaisser la tension grâce à un enroulement conducteur partagé. Spécifiez l'exigence d'isolement séparément.
Un transformateur de 60 Hz peut-il fonctionner à 50 Hz ?
Seulement lorsque sa cote ou son fabricant permet la combinaison de tension et de fréquence. Une fréquence plus basse à tension inchangée peut augmenter le flux du noyau et l'échauffement.
Comment calcule-t-on le courant secondaire ?
Pour le monophasé, divisez les VA par la tension secondaire. Pour le triphasé équilibré, divisez les VA par le produit de la racine carrée de trois et de la tension entre phases. Ce sont des calculs de courant de charge, et non des règles de dimensionnement des fusibles.
