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Les principales applications des transfo de puissance sont la distribution depuis ou vers le réseau et vers les sous-stations et les utilités.

Les transformateurs auxiliaires, transformateur spéciaux, transformateurs instruments et bobines sont d'autres type d'appareils de conversion et de mesure utilisés depuis de très nombreuses décénies.

Les caractéristiques principales d'un transformateur de puissance sont

• Sn puissance nominale [VA] [kVA]
• U1/U2 tension nominales primaire et secondaire [V]
• I1/I2 courant nomnal primaire et secondaire [V]
• F la fréquence nominale
• Z ou X son impédence ou tension de court-circuit
• P0 Pertes à vide et Pk pertes en charges
• Un et Li Tension d'isolement nominale et choc de foudre
• Classe d'échauffement

On notera que les pertes totales d'une transformateur est la somme des pertes à vide et des pertes charges, ces dernières étant une fonciton de lacharge actuelle).

On note aussi que le rendement d'un transormateur de puissance est généralement élevé, de l'ordre de 97 à 98%, et qu'il est optimum à sqrt(p0/pk) ou sqrt() est la fonction racine carrée. Typiquement autour de 35 à 40% de charge pour les transformateurs de puissance.

Les paramètres d'un transformateur sont donnés à la fois par les caractéristiques réseau et par les standards. L'impédence est généralement sélectionnée de façon à produire un courant de court-circuit secondaire dans une plage définie, ainsi plus la puissance transformateur est importante, plus l'impédence est élevée de façon à limiter la valeur du courant court-circuit au secondaire.

On trouve par example une tension de court-circuit de 6% autour de 1 à 5MW, alors que celle-ci est située autour de 10% à 10MW et à 3% à 100 kW.

On peut approximer la puissance de court-circuit comme Sn/X%, par exemple un transfo de 1MW avec une tension de court-circuit de 6% présente une puissance de court-circuit de 16.7 MVA. Autrement dit, si le réseau amont était de puissance infinie, la puissance de court-circuit du réseau au secondaire serait de 16.7 MVA.

D'autres paramèters rentrent en compte lorsque l'on rentre dans le détail des calculs et analyses réseau. le rapport R/X du transformateur (rapport impédance / résistance) modifie égallement des comportement en court-circuit.

Une autre propriété des transfos de puissance est l'appel de courant qu'il génèrent au couplage sur le réseau. Lorsque le transformateur est démagnétisé (à l'arrêt), il présente une impédance faible ce qui génère un appel de courant de l'ordre de 6 à 20 In selon sa puissance et sa construction.

Des appareils permettent de limiter ces effet, tel qu'un transformateur auxiliaire de pré-magnétisation.

Les technologies largement employées dans les industries sont “type sec” et “immergé dans l'huile”. On peut considérer que les transformateurs type huile sont les plus communs pour la distribution et les applications industrielles, toutefois le transfo sec peut présenter des avantages par exemple lorsque l'installation en armoire électrique ou en salle électrique est réalisée, ou lorsque l'espace disponible est limité.

Il existe de nombreuses variantes dans ces deux familles, telle que les transformateurs “respirants”, transformateurs “hermétiques” (sous pression), refroidissement naturel, forcé, échangeur huile/eau, transformateur sec refroidissement naturel, forcé, etc …

Les dénominations typiques sont par exemple

• ONAN : Oil natural Air natural - Transformateur huile refroidissement naturel
• ONAF : Oil natural Air forced - Transformateur huile refroidissement forcé
• OFWF : Oil forced water forced - Transformateur huile refroidissement à eau
• AN : Air natural - Transformateur sec refroidissement naturel
• AF : Air natural - Transformateur sec refroidissement forcé
• AFAF : Air natural air forced - Transformateur sec en armoire refroidissement forcé
• AFWF : Air forced water forced - Transformateur sec en armoire refroidissement à eau (échangeur)

Les transformateurs de puissance et distribution permettent de remonter l'énergie vers les lignes HT et réseau de distribution et de ramener l'énergie aux tension de distribution à l'arrivée.

Ils permettent aussi d'adapter les propriétés électriques, puisque par conception, comme indiqué, on peut contrôler les paramètres souhaités, tension, courant de circuit.

Leur rôle est aussi d'isoler électriquement de la source, puisqu'il n'y a pas de contact direct entre les phases lorsque le primaire et le secondaire son des circuits électriques séparés. Le couplage et le transfert d'énergie se fait par le noyeau magnétique.

Il existe notamment les transformateurs triphasés avec un seul ou plusieurs secondaires, transformateurs monophasés, bobines de point neutre pour coupler le neutre à la terre.

D'autres applications telle que l'alimentation de moteurs, de variateurs de fréquence, utilisent généralement des transformateurs adaptés (sur mesure) dont les propriétés électriques voir les secondaires (2, 4, 6 ou plus) sont conçus sur spécification constructeur.

L'aéronautique emploie généralement des transformateurs en opération à 400 Hz puisque avec la montée en fréquence, le noyeau magnétique peut être réduit pour obtenir le m^meme champ, ainsi la construction d'un transformateur à 60 Hz est plus optimale qu'à 60 Hz du point de vue des matérieux et coûts et de l'encombrement, et l'emploi de la fréquence de 400 Hz dans l'aéronautique tire bénéfice de cela pour réduire les masses en jeu.

On trouve généralement les familles d'accessoires listés ci-après

• Régleur hors charge / en charge
• Relais de protection
• Instruments
• Auxiliaires

Le régleur est un comutateur ou une plage de réglage permettant de sélectionner une tension secondaire particulière sur une plage allant de +/-5% à +/-17% généralement. Un régleur en charge permet égallement de faire varier la charge actuelle du transformateur, puisque celui-ci présente une chute de tension variable avec la charge, ou inversement, une puissance contrôlée par le régleur si la tension réseau est fixe (le réseau de distribution est considéré de puissance très importante par rapport au transformateur).

Les relais de protection typiques DGPT et relais PT-100 permettent de suprtviser les défauts électriques et sur-charge du transformateur, notamment par la présence de gas, pression excessive ou température excessive.

Les relais DGPT et Buchholz sont dédiés respectivement aux transformateurs hermétiques sous pression et transformateurs respirants. Les relais PT-100 se trouvent employés pour les transformateurs secs.

Il existe de nombreuses options et variantes tel que la mesure de température phase pour une transformateur huile, les assécheurs d'huile pour les transformateurs respirants et les systèmes de prélèvement et d'analyse d'huile pour les périodes de maintenance, permettant de voir lévolution interne via les dépots gaz et métaux divers dans les huiles.

Ainsi les transformateurs présentent un ensemble de composantes et de nombreux métiers, de la conception à l'installation, supervision et maintenance.

On considère généralement qu'un transformateur de puissance à une durée de vie entre 25 et 40 ans selon la technologie l'environnement, la conception.

Dans un autre registre, les transformateurs spécifiques Rogowsky coil, bobines de charge, inductances, transformateur de courant … sont aussi largement employés pour les instruments de mesure et de multiples autres applications.

Chacun de ces sujets présente un nombre de détail tout aussi important, et nous pouvons retenir les points principaux qui définissent une inductance:

• Une inductance de charge permet de faire circuler un “courant de charge” c'est à dire de simuler une charge partielle ou nominale sans pour autant dissiper l'énergie via une charge réelle (moteur, résistance, …)
• Une bobine instrument permet de mesurer un champ magnétique, par exemple dans un transformateur de courant, on génère au secondaire un courant à l'image du courant primare x facteur (ex. 30A primaire/1A secondaire) *
• Une inductance en électronique peut être employée pour la protection sur-intensité, dans un convertisseur de tension DC-DC, dans un oscillateur ou un filtre
• Les relais utilisent des bobines pour actionner les contacts
• Suspension et préhension magnétique pour les appareils de levage
• Bobine d'allumage pour générer une étincelle

Le principe électrique d'une inductance et de générer un champ magnétique, celui-ci peut être couplé à une autre inductance pour faire un transformateur isolé, ou pour son simple ettet de stockage d'énergie, auquel cas de nombreuses applications sont possibles (résonnance, conversion, filtrage, mécanique).

On peut observer quelques points

• En électronique, lorsqu'une bobine de relayage est commandée, on reboucle la bobine elle est via une diode de roue libre afin de laisser circuler le courant lors de la coupure d'alimentation. En son absence, la bobine génère une tension élevée destructrice pour les composants électroniques.
• Un courant circulant dans un fil génère une champ magnétique, ainsi deux fils à proximité seront couplés magnétiquement, le phénomène peut entraîner du parasitage entre les deux.
• Un fil est aussi à ce titre une antenne, c'est pourquoi les système de communcation filaire emploient souvent une paire différentielle. De ce fait, le récepteur peut découpler électriquement le signal (tension différentielle) des parasites (tension de mode commun), puisque l'effet d'antenne est commun aux deux conducteurs, les parasites sont visibles de façon quasi identique. Ainsi sont conçus les réseaux Ethernet et RS485 par exemple.

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