Comment un Fonctionnement d'un autotransformateur triphasé? Il applique trois tensions alternatives, espacées de 120 degrés électriques, à trois enroulements à prises qui partagent des sections d'entrée et de sortie communes. Le courant variable génère un flux magnétique dans le noyau, ce qui induit une tension le long de chaque enroulement. En connectant la charge à des prises sélectionnées, le transformateur fournit une tension triphasée plus élevée ou plus faible tout en conservant la fréquence d'alimentation et l'ordre des phases.
Les recherches portant sur “ fonctionnement d'un autotransformateur triphasé ” aboutissent souvent à des schémas monophasés qui n'expliquent pas les changements intervenant dans un dispositif triphasé. La différence essentielle réside dans la coordination : les trois enroulements de phase doivent présenter des rapports de transformation, une polarité et des raccordements correspondants afin que la sortie reste un ensemble triphasé équilibré.
Un transformateur classique à deux enroulements transfère l'énergie par voie magnétique entre des enroulements primaire et secondaire isolés. Un autotransformateur utilise un seul enroulement continu à prises par phase. L'entrée et la sortie partageant une partie de ce conducteur, l'énergie parvient à la charge de deux manières : une partie est transférée par induction électromagnétique et l'autre est conduite directement par l'enroulement commun.
C'est grâce à ce circuit commun qu'un autotransformateur peut être plus petit et nécessiter moins de matériau d'enroulement pour obtenir un rapport de tension adapté. C'est également la raison pour laquelle l'entrée et la sortie sont non isolé galvaniquement. Un autotransformateur triphasé permet de modifier la tension ; il ne produit pas de courant triphasé à partir d'une source monophasée, et il ne transforme pas une fréquence de 50 Hz en 60 Hz.
La source alimente les phases L1, L2 et L3. Leurs tensions sinusoïdales ont la même fréquence et la même amplitude nominale, mais sont déphasées de 120 degrés. Selon le type de raccordement des enroulements, la tension considérée sur chaque enroulement de phase peut être soit la tension entre phases, soit la tension entre phase et neutre.
Le courant circulant dans chaque enroulement sous tension génère un flux magnétique alternatif dans la branche correspondante du noyau. Dans un noyau intégré à trois branches, les trois flux interagissent par l'intermédiaire d'une structure magnétique commune. Dans une configuration en banc, trois unités monophasées appariées assurent la même fonction triphasée. La conception et les raccordements équilibrés contribuent à maintenir la symétrie des tensions de sortie.
La loi de Faraday établit un lien entre le flux variable et la tension induite. Pour un enroulement idéal, la tension est proportionnelle au nombre de spires actives :
Vdehors / Vdans = Ndehors / Ndans
Si la charge est connectée sur un nombre de spires inférieur à celui de l'alimentation, la tension de sortie est plus faible. Si elle est connectée sur un nombre de spires supérieur, la tension de sortie est plus élevée. Les trois phases utilisent le même rapport de spires.
L'enroulement commun fait partie, sur le plan électrique, à la fois des circuits d'entrée et de sortie. Son courant correspond à la différence vectorielle entre les courants associés aux sections source et charge, et non pas simplement au courant à pleine charge dans chaque partie de la bobine. Ce partage réduit la puissance kVA transformée en interne par le transformateur lorsque les deux niveaux de tension sont proches.
Une fois la charge raccordée, le courant circule depuis les bornes de sortie en fonction de l'impédance de la charge et du facteur de puissance. Dans le cas d'un système triphasé symétrique idéal :
S = √3 × VL × IL
Les équipements réels présentent également des pertes dans le cuivre, des pertes dans le noyau, une impédance de fuite, un courant de magnétisation et une élévation de température. Ces effets ont une incidence sur la régulation, le rendement, le courant de défaut et la puissance nominale finale en kVA.
La protection contre les surintensités, la mise à la terre, la surveillance thermique, la protection contre les surtensions et le choix d'un boîtier adapté permettent de gérer les défauts et les contraintes de fonctionnement. Le circuit primaire et le circuit secondaire étant reliés électriquement, une perturbation en amont peut se propager jusqu'au côté charge. La protection doit être conçue en fonction du courant de défaut réel disponible et du système de mise à la terre.
A Transformateur élévateur et abaisseur Le mode de fonctionnement varie en fonction de la relation entre les bornes d'alimentation et les prises de sortie. Le principe physique du noyau et de l'enroulement reste le même ; c'est le nombre de spires connectées à la source par rapport à la charge qui détermine le sens de la conversion.
| Mode | Utilisations des approvisionnements | Utilisations de la charge | Résultat électrique |
|---|---|---|---|
| Réducteur de tension | Des virages encore plus sinueux | Moins de virages sinueux | La tension diminue et le courant disponible augmente pour un kVA équivalent |
| Step-up | Moins de virages sinueux | Des virages encore plus sinueux | La tension augmente et le courant disponible diminue pour un kVA équivalent |
Ne partez pas du principe qu'un appareil donné peut fonctionner en sens inverse. Les intensités nominales des enroulements, les prises, les bornes, la régulation, la protection et les instructions du fabricant doivent permettre le sens de fonctionnement prévu.
Considérons un appareil idéal qui reçoit une tension de 400 V entre phases et fournit une tension de 230 V entre phases. Son rapport de transformation nominal est :
Ndehors / Ndans = 230 / 400 = 0.575
Si elle alimente une charge équilibrée de 50 kVA à 230 V, le courant de sortie idéal est d'environ :
Idehors = 50 000 / (√3 × 230) ≈ 125,5 A
Le courant d'entrée idéal à 400 V est d'environ 72,2 A. Le courant nominal et la tension de sortie réels dépendent du rendement, de l'impédance, de la température, du choix de la prise et du facteur de puissance de la charge. Ce calcul illustre cette relation ; il ne remplace en aucun cas les plans de conception ou d'installation fournis par le fabricant.
La fabrication d'un autotransformateur triphasé peut faire appel à un noyau laminé intégré à trois branches ou à trois unités monophasées coordonnées. Chaque phase comporte une section d'enroulement commune et une section en série, avec des prises positionnées de manière à obtenir le rapport de tension spécifié. La section des conducteurs est choisie en fonction du courant circulant dans chaque section d'enroulement.
Un ensemble pratique peut également comprendre :
La tension, la capacité, la fréquence, le boîtier, la disposition des bornes, les étiquettes et l'image de marque peuvent être évalués grâce à la solution de JOHSUN Service de personnalisation ODM/OEM. Un cahier des charges complet concernant la charge et l'installation est requis avant la finalisation des travaux.
Un schéma de câblage d'un autotransformateur triphasé montre les relations entre les trois enroulements à prises, les conducteurs de ligne, les bornes de sortie, le neutre, la terre de protection et les prises optionnelles. Une configuration courante est le branchement en étoile : une extrémité de chaque enroulement est reliée à un point commun, tandis que L1, L2 et L3 sont raccordés aux autres extrémités ou aux prises désignées.
Lisez le schéma dans cet ordre :
Important : Dans un autotransformateur, la continuité entre les bornes d'entrée et de sortie peut être normale, car elles partagent un même enroulement. Seul un personnel électricien qualifié doit installer ou tester les équipements triphasés, en se référant au schéma figurant sur la plaque signalétique fournie, aux procédures agréées et aux règles électriques en vigueur.
Le symbole d'un autotransformateur triphasé représente généralement trois bobines à prises ou un dispositif triphasé simplifié avec des connexions communes entre les enroulements. C'est cette bobine commune qui le distingue du symbole d'un transformateur d'isolement, qui représente des enroulements primaire et secondaire séparés. Les schémas peuvent utiliser Y pour « star » et D pour les connexions en triangle.
Le symbole indique la fonction, mais ne précise pas tous les détails d'installation. Les numéros des bornes, les positions des dérivations, les relations vectorielles, le traitement du neutre et la mise à la terre doivent être indiqués dans le plan du projet et dans la documentation de l'appareil.
| Facteur de sélection | Autotransformateur | Transformateur d'isolement |
|---|---|---|
| Séparation électrique | Pas d'isolation galvanique | Enroulements primaire et secondaire séparés |
| Dimensions et matériau de l'enroulement | Souvent plus faible pour des rapports de tension proches | Généralement plus élevé pour une puissance en kVA comparable |
| Efficacité et réglementation | Souvent favorable | Cela dépend du transfert magnétique total de la puissance |
| Raison courante de choisir | Adaptation efficace de la tension | Exigences en matière d'isolation, de mise à la terre ou de contrôle du bruit |
Veuillez indiquer la tension d'entrée et sa tolérance, la tension de sortie et sa tolérance, la fréquence, la puissance en kVA, le facteur de puissance de la charge, le courant de démarrage, le cycle de service, la configuration des phases et du neutre, la température ambiante, l'altitude, l'indice de protection, le mode de refroidissement souhaité, les bornes, les dispositifs de protection et les normes applicables. Les moteurs, les redresseurs, les postes à souder et autres charges à courant d'appel élevé ou non linéaires nécessitent des informations supplémentaires.
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Les produits connexes suivants sont des convertisseurs monophasés 110/220 V, et non des modèles triphasés. Ils constituent des exemples utiles des capacités et des formats de conversion (haute et basse tension) disponibles :
Non. L'enroulement commun établit une connexion conductrice entre l'entrée et la sortie. Utilisez un transformateur d'isolement adapté lorsqu'une séparation galvanique est nécessaire.
Non. Il permet de réguler la tension d'une alimentation triphasée existante. Pour obtenir une sortie triphasée à partir d'une source monophasée, il faut un équipement de conversion différent.
Non. La fréquence de sortie suit celle d'entrée. La conversion de fréquence nécessite un convertisseur de fréquence ou un variateur de fréquence adapté à la charge.
Un branchement en étoile offre un point commun pratique et réduit la tension par enroulement de phase par rapport à la tension de ligne. La mise à la terre, les harmoniques, l'équilibre et les exigences du système restent toutefois déterminants pour établir si ce type de branchement est approprié.
La valeur de la tension peut sembler correcte, mais les moteurs raccordés peuvent tourner dans le sens inverse. L'ordre des phases doit être vérifié lors de la mise en service.
Optez pour cette solution lorsque l'application nécessite une isolation galvanique, un réseau alimenté par une source distincte, un mode de mise à la terre spécifique ou l'isolation de certaines perturbations.
Un autotransformateur triphasé fonctionne en appliquant trois tensions alternatives déphasées à des enroulements à prises coordonnées. L'induction magnétique détermine la tension par spire, tandis que l'enroulement commun conduit directement une partie de la puissance. Les prises sélectionnées déterminent si la tension augmente ou diminue. Cette configuration peut être compacte et efficace, mais elle n'offre aucune isolation entre l'entrée et la sortie ; il est donc essentiel de veiller à un choix de caractéristiques techniques approprié, à une protection adéquate, à une mise à la terre correcte et à une installation réalisée par un professionnel.
