Différents types de transformateurs et applications

 

Fonctions de base

Conversion de tension:Ajuste les niveaux de tension en fonction des différents systèmes de grille ou des exigences de l'appareil.

Isolement électrique:Empêche la propagation des défauts entre les circuits primaires et secondaires, améliorant la sécurité.

Efficacité de transmission:La transmission à haute tension réduit le courant de ligne et la perte d'énergie, améliorant l'efficacité globale.

 

 Classification par niveau de tension

1. Transformers de puissance

Classification par but et fonction

 

1. Transformateurs de puissance

Définition:Utilisé dans les réseaux d'alimentation pour augmenter la tension vers le haut ou vers le bas (généralement supérieur à 33 kV); haute capacité et conçue pour un fonctionnement continu.

Applications:Centrales électriques, sous-stations, lignes de transmission entre province, grandes zones industrielles.

Avantages:Une efficacité élevée (jusqu'à 99%), prend en charge le courant élevé et la puissance, une longue durée de vie.

Inconvénients:Systèmes de refroidissement volumineux, chers et complexes.

 

2. Transformateurs de distribution

Définition:Découpez la tension moyenne (10–35kV) à basse tension (400 \/ 230V) pour les utilisateurs finaux; typiquement<2000kVA.

Applications:Communautés résidentielles, immeubles de bureaux, centres commerciaux, écoles, hôpitaux.

Avantages:Rentable, facile à installer et à entretenir; Convient pour une utilisation extérieure ou montée sur la perche.

Inconvénients:Efficacité inférieure à charge complète; perte d'énergie sous charge légère; Plage de tension \/ capacité limitée.

 

3. Autotransformateurs

Définition:Partage primaire et secondaire partie de l'enroulement; Tension ajustée via des robinets.

Applications:Démarrage du moteur, régulation de tension, systèmes de test d'électricité.

Avantages:Compact, à faible coût et à haute efficacité.

Inconvénients:Pas d'isolement; Sécurité plus faible, plus grand risque de défaut.

 

4. Transformateurs d'instruments

Transformers de tension (VTS)

Définition:Échelle de tension à la baisse pour la mesure \/ protection.

Applications:Compteurs de tension, relais de protection, mesure d'énergie.

Avantages:Haute précision, isolement électrique des systèmes à haute tension.

Inconvénients:Le secondaire ne doit pas être court-circuité; sensible au coût.

 

Transformers actuels (CTS)

Définition:Échelle le courant pour une mesure ou une protection sûre.

Applications:Contacts de courant, détection de courant de défaut, systèmes de protection.

Avantages:Mesure précise, isole une tension élevée de l'équipement basse tension.

Inconvénients:Le secondaire ne doit pas être en circuit ouvert; sujet au magnétisme résiduel.

 

Transformers d'instruments généraux

Définition:Convertissez les signaux à haute tension \/ courant en signaux sûrs et de bas niveau.

Applications:Sous-stations, mesure, protection des relais.

Avantages:Mesure sûre, haute précision, standardisation.

Inconvénients:Sensible à l'impédance et à la saturation; nécessite l'étalonnage et la mise à la terre correcte.

 

5. Transformers d'isolement

Définition:Isolement complet entre primaire et secondaire; Souvent rapport 1: 1.

Applications:Dispositifs médicaux, centres de données, laboratoires, instruments de précision.

Avantages:Améliore la sécurité, réduit les interférences en mode commune et élimine les boucles de sol.

Inconvénients:Ne change généralement pas la tension; coût relativement élevé; Grande empreinte.

 

Classification parCapacité

In IEC 60076-6, transformers can be classified by capacity into small, middle, and large transformers. Small mainly refers to transformers without additional radiators/coolers/pipes/corrugated oil tanks. Medium transformers refer to transformers with three-phase capacity ≤100 MVA or single-phase capacity ≤33.3 MVA. Large transformers refer to transformers with three-phase capacity >100 MVA or single-phase capacity >33.3 MVA.

 

Classification par le milieu de refroidissement

Selon le milieu de refroidissement, les transformateurs peuvent être divisés en transformateurs à l'huile et en transformateurs de type sec. Ensuite, les transformateurs de type sec peuvent être divisés en transformateurs de type coulée en résine et transformateurs imprégnés de pression sous vide. Les transformateurs imprégnés de pression sous vide sont généralement appelés transformateurs VPI.

Comparaison entre le type sec et le transformateur immergé de l'huile

 

Caractéristiques	Transformateur de type sec	Transformateur à l'huile
Moyen de refroidissement	Air ou autres gaz	Huile de transformateur
Sécurité	Élevé, aucun risque de feu et d'explosion	Faible, il y a un risque de combustion et d'explosion du pétrole
Entretien	Simple, pas besoin de remplacer régulièrement le milieu de refroidissement	Nécessite un remplacement et une entretien réguliers
Protection de l'environnement	Élevé, pas de pollution à l'environnement	Faible, il y a un risque de fuite d'huile et de pollution de l'environnement
Zones de candidature	Gratte-haut, métro, hôpitaux, etc.	Sous-stations extérieures, parcs industriels, etc.

 

 

Classification par phase

 

Classification par matériel de base et conception

 

1. Par matériau de base

 

Transformateur de noyau de fer

Définition: Utilise des feuilles en acier en silicium laminé comme noyau magnétique pour guider le flux magnétique. La conception de noyau comprend souvent des articulations à vitesses ou des stratifications à la touche pour réduire la réticence. L'épaisseur de la feuille d'acier en silicium est inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement (par exemple, 0. 3 mm pour 5 0 Hz, 0,1 mm pour 400 Hz).

Applications: Transmission d'alimentation (systèmes 50\/60 Hz), alimentations de fréquence de ligne, grand contrôle moteur-idéal pour les systèmes électriques de haute puissance et coûts.

Avantages: Haute efficacité (95–99%), grande capacité électrique (jusqu'au niveau GVA), faible coût; La conception laminée et les circuits magnétiques optimisés améliorent l'efficacité de la conversion d'énergie.

Désavantage: Encombrant en raison de feuilles laminées; pertes significatives à haute fréquence (courant de Foucault et hystérésis); sujet aux vibrations et au bruit. Non adapté à un fonctionnement à haute fréquence en raison de pertes accrues.

 

Transformateur de noyau de ferrite

Définition: Utilise la ferrite (matériau magnétique en céramique) comme noyau magnétique, adapté aux applications à haute fréquence. La ferrite MN-ZN est optimale en dessous de 1 MHz, tandis que la ferrite Ni-ZN convient les fréquences supérieures à 1 MHz. La température de Curie (80–300 degrés) détermine la température de fonctionnement maximale.

Applications: Commutation d'alimentation (par exemple, chargeurs téléphoniques), onduleurs à haute fréquence, circuits RF, ballasts électroniques adaptés aux appareils compacts, à faible perte et haute fréquence.

Avantages: Des pertes de haute fréquence extrêmement faibles (supérieures à 1 MHz), une taille compacte, une forte capacité anti-saturation; Les matériaux adaptés à des bandes de fréquences spécifiques garantissent une efficacité de transmission élevée.

Désavantage: Capacité électrique limitée (<10 kW), magnetic permeability varies with temperature, fragile and prone to cracking; performance degrades in high-temperature environments.

 

Transformateur aérien

Définition: Manque de noyau magnétique, en s'appuyant entièrement sur l'air ou les milieux non magnétiques pour transmettre un flux magnétique. Efficace dans les fréquences micro-ondes (gamme GHZ), telles que les applications RFID, en utilisant des structures d'enroulement multicouches ou en nid d'abeille pour améliorer le couplage.

Applications: Communication RF (réglage de l'antenne), bobines Tesla, instruments de mesure à haute fréquence, équipement supraconducteur-idéal pour les environnements à haute fréquence ou à haute linéarité.

Avantages: Pas d'hystérésis ou de perte de courant de Foucault, pas de saturation magnétique, de linéarité élevée; La conception sans caractéristique élimine la perte magnétique, offrant des performances stables à des fréquences élevées.

Désavantage: Low efficiency due to poor magnetic coupling, large size, limited to high-frequency applications (>100 kHz); Pas adapté aux scénarios à basse fréquence ou à haute puissance.

 

2. Par conception de base

 

Transformateur de noyau solénoïdal

Définition: Les enroulements sont enroulés autour d'un membre central du noyau, qui est généralement du type de type E ou de l'interface utilisateur, couramment utilisé dans les structures de transformateur de type noyau où le flux magnétique boucle par un chemin magnétique fermé.

Applications: Transformers de distribution, transformateurs de puissance et équipements industriels \/ électriques généraux.

Avantages: Processus de fabrication mature, adapté à la production de masse standardisée; L'espace d'isolation ample permet un fonctionnement à haute tension; favorable pour les systèmes de refroidissement à l'huile ou à l'air.

Désavantage: Le circuit magnétique plus long entraîne un flux de fuite plus élevé, des vibrations et un bruit légèrement plus élevés; Empreinte relativement plus grande.

 

Transformateur de noyau toroïdal

Définition: Utilise un noyau magnétique à anneau fermé avec des enroulements uniformément enroulés autour d'elle, permettant un chemin de flux magnétique entièrement fermé.

Applications: Équipement audio haut de gamme, dispositifs médicaux, instruments de précision, équipement de laboratoire, adaptateurs d'alimentation, alimentation compacte.

Avantages: Fuite magnétique extrêmement faible et interférence électromagnétique; Efficacité élevée, opération silencieuse; Installation compacte et légère et flexible.

Désavantage: Processus d'enroulement complexe, coût de fabrication plus élevé; inadapté aux applications à haute tension; difficile à maintenir ou à remplacer.

 

3. Par structure centrale

Transformateurs spéciaux

 

1. Transformers du redresseur

Définition:Fournit des tensions spécifiques aux unités de redresseur; Les conceptions multi-ailes réduisent les harmoniques.

Applications:Fonctionnement en aluminium, transmission CC, puissance de traction, électroplations.

Avantages:Gère bien les harmoniques; sortie stable; adapté à la rectification haute puissance.

Inconvénients:Chaleur élevée en raison des harmoniques; Systèmes de refroidissement coûteux.

 

2. Transformers de la fournaise

Définition:Fournitures basse tension (10–100v) et courant élevé (jusqu'à des dizaines de Ka) pour les fours industriels.

Applications:Steelmaking, fusion métallique, traitement thermique.

Avantages:Sortie de courant élevé et réglable; prend en charge des courts-circuits fréquents.

Inconvénients:Plus faible efficacité; consommation d'énergie élevée; nécessite un refroidissement.

 

3. Tester les transformateurs

Définition:Produit une haute tension (jusqu'à plusieurs centaines de kV) pour les tests d'isolation à court terme.

Applications:Test de câbles, tests d'isolation, tests d'acceptation d'usine.

Avantages:Sortie réglable élevée; Capacité de surcharge à court terme forte.

Inconvénients:Grande taille; temps de fonctionnement limité; maintenance complexe.

 

4. Transformers de soudage

Définition:Fournit une puissance à basse tension et à courant élevé pour le soudage à l'arc; Utilise la réactance magnétique de shunt ou de fuite pour façonner la sortie.

Applications:Soudage à arc manuel, soudage au comptant et sites de construction.

Avantages:Sortie stable, adaptée à l'arc fréquent; Sécurité élevée.

Inconvénients:Facteur de puissance faible; contrôle complexe; nécessite une compensation.

 

Cette section décrit la classification des transformateurs électriques à travers plusieurs dimensions, y compris le niveau de tension du transformateur, le but et la fonction, les phases, le matériau de base, la conception du noyau, la structure du noyau et le milieu de refroidissement. Une analyse comparative de ces catégories est fournie pour guider la sélection optimale des transformateurs basée sur des demandes opérationnelles spécifiques et des contraintes environnementales.