Transformateurs de puissance

Quelques exemples d’application des transformateurs de puissance

Les transformateurs de puissance sont partout dans le monde industriel et sur le réseau électrique. On en trouve notamment dans les réseaux de transport et de distribution électrique des transformateurs élévateurs qui augmentent la tension au départ d’une centrale (nucléaire, hydraulique, éolienne…) pour le transport, puis des transformateurs abaisseurs qui réduisent la tension avant la distribution en zones urbaines ou rurales.

Ils sont également présents dans les postes de transformation, ainsi que dans les installations industrielles à forte puissance. Par exemple, les usines électro-intensives équipées de grands fours électriques (sidérurgie, cimenterie) nécessitent des transformateurs puissants en amont pour alimenter leurs équipements. 

Les réseaux de traction ferroviaire utilisent aussi des transformateurs spéciaux pour alimenter les locomotives et rames en courant adapté (souvent monophasé ou continu selon les standards ferroviaires).

On les trouve aussi dans les systèmes renouvelables ou de production d’énergie : par exemple, les parcs éoliens et photovoltaïques utilisent des transformateurs pour transformer du courant généré BT aux niveaux HT du réseau. 

Les trains, métros et tramways, quant à eux, sont équipés de transformateurs de puissance pour adapter la tension des lignes à leur système embarqué. 

Comment fonctionne un transformateur de puissance ?

Un transformateur de puissance fonctionne sur le principe de l’induction électromagnétique. Il est constitué d’un noyau en matériau ferromagnétique (souvent des tôles d’acier au silicium) autour duquel sont enroulées au moins deux bobines de cuivre : un enroulement primaire et un enroulement secondaire. 

Lorsqu’un courant alternatif circule dans la bobine primaire, il crée un champ magnétique alternatif dans le noyau. Ce champ magnétique variable induit alors un courant dans la bobine secondaire, sans qu’il y ait de contact électrique direct (on parle d’isolation galvanique entre les deux enroulements).

La relation entre les impédances des enroulements primaire et secondaire est déterminée par le rapport de transformation, qui est lui-même défini par le nombre de spires dans chaque enroulement. La puissance apparente transmise au secondaire reste en théorie idéale, ainsi le courant varie en sens inverse de la tension. Par exemple, en théorie, doubler le nombre de spires au secondaire doublera la tension en sortie. 

En pratique, les transformateurs subissent de faibles pertes (pertes fer, pertes cuivre), mais ceux-ci sont minimisés par des matériaux et conceptions adaptées. L’efficacité d’un bon transformateur de puissance est très élevée (souvent supérieure à 99 %).

Les types de transformateurs vendus par Electro Ohms

Electro Ohms vous propose plusieurs catégories de transformateurs de puissance adaptés aux différents besoins industriels. Tous nos transformateurs sont conçus pour répondre aux exigences spécifiques de l’application tels que : environnement, contraintes mécaniques, régime de neutre, etc…

Transformateurs triphasés

Les transformateurs triphasés sont constitués de trois enroulements primaires et trois secondaires, souvent organisés sur un unique noyau commun. On réalise cela en assemblant trois transformateurs monophasés sur un même circuit magnétique. Cette configuration est idéale pour l’industrie, car elle permet de transporter la puissance plus efficacement.

D’une part, un transformateur triphasé offre un meilleur rendement et un coût moindre qu’un ensemble de trois transformateurs monophasés séparés de même puissance. D’autre part, pour de fortes puissances, le triphasé simplifie le câblage : un seul appareil gère les trois phases.

C’est pourquoi les entreprises industrielles et les installations électro-intensives utilisent presque toujours des transformateurs triphasés. Ils sont plus légers et plus compacts pour une puissance donnée.

Transformateurs d’isolement

Les transformateurs d’isolement ont pour fonction d’assurer une protection galvanique entre l’entrée et la sortie.

En d’autres termes, ils isolent électriquement le circuit secondaire du circuit primaire. Comme l’explique la norme, ce type de transformateur « crée une séparation “isolation galvanique” entre son primaire et son secondaire, utilisée tout spécialement pour la sécurité des personnes et des autres équipements connectés, par exemple pour protéger des électrocutions.

Idéalement, les transformateurs d’isolement sont conçus avec presque autant de spires au primaire qu’au secondaire (rapport proche de 1:1) 

Transformateurs d’impédance

Les transformateurs d’impédance inductifs sont des composants clés dans le domaine de l’électronique et de l’électrotechnique. Ils servent principalement à adapter l’impédance électrique entre différents circuits. Lors de la sélection ou de la conception d’un transformateur d’impédance inductif, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. La fréquence de fonctionnement, la puissance… sont des paramètres nécessaires.

Le choix du matériau du noyau affecte également les performances, notamment en termes de pertes ferromagnétiques et de saturation. Il est essentiel de bien comprendre ces éléments pour optimiser l’utilisation de ces transformateurs dans des applications spécifiques.

Les recherches actuelles se concentrent sur le développement de matériaux plus performants pour les noyaux, permettant l’amélioration de l’efficacité énergétique, et la réduction de la taille des transformateurs. 

Transformateurs élévateurs / abaisseurs

Les transformateurs élévateurs (ou « step-up ») sont conçus pour augmenter la tension de sortie par rapport à la tension d’entrée. Techniquement, ils comportent d’avantage de tours au secondaire qu’au primaire, de sorte que la tension alternative est « intensifiée » à la sortie. Le transformateur élévateur est notamment utilisé en amont d’un réseau de transport d’énergie.

En élevant la tension en sortie, on diminue l’intensité nécessaire pour une même puissance, ce qui limite les pertes joules dans les câbles de transport. 

Les transformateurs abaisseurs (ou « step-down ») font exactement l’inverse des élévateurs : ils réduisent la tension d’entrée pour délivrer une tension de sortie plus basse, tout en augmentant le courant disponible. Par exemple, sur un réseau 225 kV, un transformateur abaisseur triphasé peut fournir du 20 kV ou du 63 kV pour des sous-stations de distribution. 

Les autres types de transformateurs

En complément des catégories ci-dessus, on rencontre d’autres types de transformateurs selon les besoins :

• Transformateurs monophasés (pour petites puissances ou applications domestiques)
  
• Autotransformateurs (transformateur sans enroulements isolés, à prise variable)
  
• Variacs (transformateurs à prise ajustable) pour régler en continu la tension de sortie
  
• Transformateurs de mesure (courant ou tension) qui réduisent les niveaux élevés pour les instruments de mesure et les relais de protection
  
• Transformateurs de courant/tension de précision pour appareils de comptage
  
• Transformateurs déphaseurs (pour ajuster le déphasage entre réseaux, utilisé en transport d’électricité)
  
• Transformateurs d’essai (destinés aux laboratoires, capables de très hautes tensions pour tester l’isolement de matériel électrique)
  
• Transformateurs d’impulsion (pour commandes électroniques à haute fréquence).

Ces catégories sont listées à titre indicatif. Chez Electro Ohms, chaque projet est unique : tous les transformateurs sont conçus sur mesure (indice de protection IPXX, refroidissement, matériaux, rapport de transformation, etc.) pour coller précisément à l’application industrielle visée, qu’il s’agisse de distribution électrique, d’automatisation, de protection d’équipements sensibles ou de toute autre nécessité spécifique.