Transformateur élévateur vs abaisseur : des cas réels révèlent la vérité

Les transformateurs sont un type de dispositif électrique utilisé pour modifier les niveaux de tension. Ils occupent une place importante dans notre vie et contribuent à la rendre plus pratique. De manière générale, les transformateurs se divisent en deux types : les transformateurs élévateurs et les transformateurs abaisseurs.

Cet article vous permettra de bien comprendre la différence entre transformateur élévateur et abaisseur, et vous aidera à faire un choix éclairé face aux différentes options.

Qu’est-ce qu’un transformateur élévateur et un transformateur abaisseur ?

Commençons par comprendre ce qu’est un transformateur ; il vous sera ensuite beaucoup plus facile de saisir les différences entre les transformateurs élévateurs et abaisseurs.

Qu’est-ce qu’un transformateur ?

Un transformateur sert à faire passer les tensions d’un niveau à un autre. Il peut élever la tension d’un niveau inférieur à un niveau supérieur afin de transmettre l’énergie efficacement sur une longue distance. Il peut également abaisser la tension d’un niveau supérieur à un niveau inférieur pour une utilisation sûre et directe par les habitants, les usines, les centres commerciaux, etc.

Son principe de fonctionnement repose sur l’induction électromagnétique, découverte pour la première fois par Faraday en 1831. Le transformateur se compose d’un noyau fermé et de deux bobines isolées l’une de l’autre. Lorsque la bobine à une extrémité (côté primaire) est raccordée à une alimentation en courant alternatif (CA), un flux magnétique variable est généré à l’intérieur du noyau et transmis à la bobine à l’autre extrémité (côté secondaire). Des tensions sont alors induites dans les bobines aux deux extrémités.

À ce moment, lorsque le côté secondaire est raccordé à des charges telles que des ampoules, le circuit secondaire est fermé. La tension induite côté secondaire entraîne la circulation du courant, et l’ampoule s’allume.

Alors, qu’est-ce qui détermine le niveau de tension aux deux extrémités ? La réponse est le nombre de spires de la bobine.

Qu’est-ce qu’un transformateur élévateur ?

Si nous enroulons plus de spires sur le côté secondaire que sur le côté primaire, devinez ce qui va se passer ? Dans ce cas, une tension plus élevée sera générée sur l’enroulement secondaire. C’est ainsi que naît le transformateur élévateur.

Prenons un exemple simple. Si vous avez acheté une machine à l’étranger, et que cette machine nécessite une haute tension de 220 V pour fonctionner, alors que la tension standard de votre pays est de 110 V. Dans ce cas, vous devez acheter un transformateur élévateur pour augmenter la tension de 110 V à 220 V, sinon votre machine ne pourra pas fonctionner.

Qu’est-ce qu’un transformateur abaisseur ?

Contrairement au transformateur élévateur, le nombre de spires côté primaire d’un transformateur abaisseur est supérieur à celui du côté secondaire. Il convertit une tension d’entrée plus élevée en une tension de sortie plus faible pour l’utilisation finale.

Restons simples. Si vous achetez un appareil électroménager à l’étranger qui nécessite une tension nominale de 120 V, alors que la tension standard de votre pays est de 220 V, vous avez besoin d’un transformateur abaisseur pour réduire la tension de 220 V à 120 V en vue d’une utilisation normale.

Cas concrets de transformateurs élévateurs et abaisseurs

Contexte du projet

L’équipe OMEK a participé à un projet de métro en 2021. Deux stations étaient éloignées l’une de l’autre, et deux pompes de 7,5 kW devaient être alimentées en énergie stable. La transmission sur longue distance posait un grave problème de perte de tension.

Solution ordinaire

Utiliser des câbles de grande section de 240 mm² pour respecter l’exigence de déviation de ±5 % de la tension aux bornes du moteur des pompes. Cependant, le coût des câbles de grande section de 240 mm² n’est pas négligeable. Cette solution est très coûteuse.

La solution d’OMEK

L’équipe d’ingénieurs d’OMEK adopte un schéma de distribution électrique optimisé : faire travailler les transformateurs élévateurs et abaisseurs en coordination, et sélectionner des câbles de 70 mm² pour répondre aux exigences.

Schéma de transmission avec élévation : Utiliser un transformateur sec à résine coulée élévateur pour élever la basse tension de 380 V du poste de transformation à un niveau de haute tension de 660 V en vue de la transmission. Ce plan réduit les pertes d’énergie lors de la transmission sur longue distance et évite une chute de tension importante.

Schéma de transmission avec abaissement : Utiliser le transformateur abaisseur triphasé de 100 kVA d’OMEK pour réduire la haute tension de 660 V, transmise jusqu’à l’extrémité de la pompe, à 380 V, la tension nominale de la pompe, garantissant une tension stable aux bornes du moteur comprise entre 365,92 V et 396,09 V.

Cette solution de distribution électrique avec élévation et abaissement fournie par les ingénieurs d’OMEK améliore efficacement la transmission de la tension, réduit les coûts de câblage et apporte de véritables bénéfices économiques à ce projet de métro !

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Principe de fonctionnement et conception des transformateurs élévateurs et abaisseurs

Le principe fondamental des transformateurs élévateurs et abaisseurs repose tous deux sur l’induction électromagnétique.

1) La bobine primaire crée un champ magnétique variable
La bobine primaire est raccordée à l’entrée de courant alternatif, et l’amplitude et la direction du courant changent constamment. Un flux alternatif sera produit dans le noyau de fer fermé.

2) Transmission du flux magnétique à la bobine secondaire
Le noyau du transformateur adopte généralement de l’acier au silicium ou des matériaux en alliage amorphe, qui présentent une perméabilité magnétique élevée. Ensuite, le flux magnétique alternatif généré par la bobine primaire est presque entièrement transmis à la bobine secondaire à travers le noyau.

Chez OMEK, notre équipe de conception a développé des transformateurs en alliage amorphe à noyau étagé et à noyau 3D pour une transmission du flux magnétique plus efficace. Ces conceptions garantissent que 99 % du flux magnétique alternatif généré par la bobine primaire est transmis à la bobine secondaire. Si vous êtes intéressé par les transformateurs de ces conceptions, n’hésitez pas à nous contacter ici.

3) Génération d’une tension induite sur la bobine secondaire
Lorsque le flux magnétique alternatif traverse la bobine secondaire, une tension induite et un courant alternatif seront induits au niveau de la bobine secondaire.

La plus grande différence entre leurs conceptions réside dans leur rapport de spires. L’amplitude de la tension est directement proportionnelle au nombre de spires de la bobine. Le côté comportant plus de spires présente une tension plus élevée, tandis que le côté comportant moins de spires présente une tension plus faible. Cela s’exprime par une formule spécifique :

V_primaire / V_secondaire = N_primaire / N_secondaire

Applications : où sont-ils utilisés ?

Transformateurs élévateurs et abaisseurs : différentes positions dans le réseau électrique

Les transformateurs élévateurs et les transformateurs abaisseurs travaillent ensemble dans le réseau électrique. Aucun des deux ne peut être omis.

La tension générée par les centrales électriques se situe généralement entre 10 et 20 kV. Les transformateurs élévateurs augmentent ensuite la tension à 110 kV, 220 kV, voire au-delà de 500 kV. Pourquoi faire cela ? Parce que plus la tension est élevée, plus le courant est faible, et moins l’énergie est gaspillée par échauffement des fils. L’objectif est de réduire les pertes d’énergie lors de la transmission sur longue distance.

L’électricité à tension élevée passe par des lignes de transmission haute tension et est transportée vers les villes ou les zones industrielles. Une fois arrivée à destination, les transformateurs abaisseurs réduisent progressivement la haute tension à un niveau sûr.

L’électricité après abaissement est finalement envoyée aux foyers, aux usines, aux magasins, etc., pour être utilisée par divers appareils et équipements.

En résumé, dans l’ensemble du système de réseau électrique, les transformateurs élévateurs servent à une transmission efficace, et les transformateurs abaisseurs servent à une utilisation sûre. Ils travaillent ensemble pour accomplir les tâches de transmission et de distribution de l’énergie.

Utilisations du transformateur élévateur

Dans les systèmes de réseau électrique, les transformateurs élévateurs sont généralement situés au point de départ de la transmission d’énergie. Leurs deux principales utilisations : la première est la transmission d’énergie sur longue distance, et la seconde est de minimiser les pertes d’énergie. Leurs scénarios d’application les plus courants sont les centrales électriques et les pylônes de transmission haute tension, etc.

Le transformateur GSU (transformateur élévateur de générateur) est un transformateur élévateur de grande taille typique. Il se raccorde entre la sortie du générateur et la ligne de transmission haute tension. Ce type de transformateur élévateur est largement utilisé dans les installations suivantes :
– Grande centrale thermique
– Centrale nucléaire
– Centrale hydroélectrique

Utilisations du transformateur abaisseur

Les transformateurs abaisseurs sont généralement situés à l’extrémité de l’ensemble de la transmission d’énergie. Leur fonction principale est de réduire la tension à un niveau sûr et utilisable. Par exemple :

– Fournir des tensions de fonctionnement adaptées (440 V, 600 V, etc.) aux gros moteurs et aux fours électriques
– Alimenter le panneau de commande de la machine, les relais et l’API (24 V, 110 V)
– Fournir une sortie à courant élevé et basse tension à la machine à souder électrique pour générer la chaleur élevée nécessaire au soudage.

Comment choisir le bon transformateur : facteurs clés

1. Définir les spécifications clés

Tout d’abord, vous devez définir les spécifications dont vous avez besoin. Comme les éléments ci-dessous :
– Puissance (kVA), tension d’entrée/sortie, fréquence, phase (monophasé ou transformateur triphasé).
– Classe d’isolation, type de refroidissement. (Lire la suite pour comprendre les différents types de refroidissement des transformateurs)
– Un transformateur photovoltaïque élévateur 12 V à 240 V pour le solaire hors réseau ? Ou un transformateur abaisseur 12 V pour l’éclairage LED ? Définissez votre besoin exact.

2. Tenir compte du coût et de la performance :

Par exemple, le prix d’un transformateur élévateur dépend de :
– La capacité de puissance nominale et la classe de rendement (IE3, IE4).
– Le matériau (enroulements en cuivre ou en aluminium). Le transformateur en cuivre coûte généralement plus cher.
– La personnalisation et l’indice de protection (code IP).

3. Solutions spécialisées :

– Transformateur de courant (TC) : utilisé pour le comptage et la protection, souvent associé aux transformateurs de puissance.
– Transformateur à noyau étagé : le meilleur choix pour les applications à haut rendement et à faible dégagement de chaleur.

Peut-on alimenter un transformateur en sens inverse ?

Puisque nous pouvons modifier les niveaux de tension sur l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire en ajustant le nombre de spires, pouvons-nous l’alimenter en sens inverse ? En termes simples, pouvons-nous considérer l’enroulement secondaire comme l’enroulement primaire et l’enroulement primaire comme l’enroulement secondaire ?

Qu’est-ce qu’alimenter exactement un transformateur en sens inverse ?

Pratique courante (alimentation normale)
Un transformateur abaisseur sert à réduire une tension plus élevée (comme 660 V) à une tension plus faible (comme 400 V), et un transformateur élévateur sert à élever une tension plus faible (comme 380 V) à une tension plus élevée (comme 660 V). Les bornes d’entrée et de sortie sont fixes. Elles correspondent à la conception d’origine du fabricant du transformateur.

Alimentation en sens inverse
Prenons l’exemple de ce transformateur abaisseur (660 V→400 V) : si nous raccordons la source d’alimentation à l’enroulement secondaire d’origine (400 V), et raccordons la charge à l’enroulement primaire d’origine (660 V), il deviendra un transformateur élévateur 400 V→660 V.

Tous les transformateurs ne peuvent pas être alimentés en sens inverse

L’alimentation en sens inverse consiste à modifier le sens du câblage. Le même transformateur peut basculer entre élévateur et abaisseur. Bien que ce soit réversible en principe, l’alimentation en sens inverse comporte des limites strictes. Si vous alimentez un transformateur en sens inverse, vous devez tenir compte des exigences et des conséquences suivantes.

1. Le rapport de transformation doit être respecté.
Par exemple, le rapport de transformation d’un transformateur abaisseur courant est de 660:400 (environ 1,65). Utilisé en sens inverse, il est de 400:660 (également ≈1,65). La tension de sortie ne peut être ajustée que selon ce rapport fixe et ne peut pas être modifiée arbitrairement.

2. La puissance sera réduite.
La dissipation thermique et l’isolation du transformateur sont conçues pour l’alimentation normale du transformateur ; lorsqu’il est utilisé en sens inverse, la puissance de sortie réelle peut ne représenter que 70 % à 90 % de la puissance nominale.

3. Le dispositif de protection peut être défaillant.
La protection contre les courts-circuits et les autres conceptions de protection ont été définies en fonction du courant primaire. Après inversion, le sens du courant change, et la logique de protection peut être perturbée et inefficace.

4. Les transformateurs spéciaux sont interdits.
Les transformateurs redresseurs, les transformateurs d’isolement spéciaux et les transformateurs avec changeur de prises ne peuvent pas adopter l’alimentation en sens inverse. Les transformateurs conventionnels à deux enroulements peuvent être alimentés en sens inverse en raison de leur conception symétrique. Cependant, la conception des transformateurs spéciaux est asymétrique. Un câblage inversé perturbera sa logique de conception d’origine.

OMEK recommande de ne pas alimenter en sens inverse sans précaution, sauf en cas de besoin urgent ou de réparation d’urgence. Il ne s’agit que d’un plan de remplacement temporaire. Pour des besoins de transmission et de distribution d’énergie à long terme, un schéma combinant transformateurs élévateurs et abaisseurs est recommandé.

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