Impédance du transformateur

 

 

 

1.1 La définition de l'impédance

Définition: L'impédance d'un transformateur fait référence à la résistance qu'elle exerce sur le courant lorsque le courant le traverse. Il se compose de deux parties: résistance et réactance inductive. L'ampleur de l'impédance est généralement exprimée en pourcentage et marquée sur la plaque signalétique du transformateur.

partie constituante:

• Résistance (R): Il s'agit de la partie de résistance du conducteur électrique dans l'enroulement du transformateur, qui est principalement déterminé par le matériau et la longueur de l'enroulement. La résistance peut entraîner la perte d'énergie électrique sous forme d'énergie thermique, connue sous le nom de perte de cuivre.

• Réactance inductive (X): Cette partie de l'impédance provient de l'inductance de l'enroulement. Lorsque le courant alternatif passe par l'enroulement, la réactance inductive entravera le changement de courant. La réactance inductive est principalement déterminée par la structure géométrique des enroulements et le flux magnétique des fuites entre les enroulements.

 

1.2 Le mode d'expression de l'impédance

L'impédance totale est généralement exprimée sous une forme complexe et consiste en la combinaison de résistance et de réactance inductive.

Z=r + jx,  Parmi eux, J est l'unité imaginaire

Remarque: L'impédance ne fait pas référence à l'impédance d'une seule haute tension ou basse tension elle-même, mais plutôt l'impédance combinée de haute tension à basse tension, résistance et réactance, qui sont utilisées pour décrire l'impédance entre les enroulements d'un transformateur sous un certain état de fonctionnement.

Par exemple, l'impédance d'un transformateur à trois bobines:

Haute tension - basse tension

Haute tension - moyenne tension

Moyenne tension - basse tension

 

 

2.1 La définition de l'impédance court-circuit

Définition: L'impédance court-circuit sur la plaque signalétique du transformateur est un paramètre très important, qui reflète les caractéristiques électriques du transformateur dans des conditions de court-circuit. L'impédance court-circuit est généralement exprimée en pourcentage (% z), représentant le rapport de la tension qui doit être appliquée à l'enroulement primaire pour générer le courant nominal lorsque l'enroulement secondaire du transformateur est court-circuit à la tension nominale de l'enroulement primaire.

 

 

Formulation:

Impédance court-circuit () peut être exprimé par la formule suivante:

Parmi eux:

• La tension est-elle requise pour que l'enroulement primaire atteigne le courant nominal lorsque l'enroulement secondaire est court-circuité.

• est la tension nominale de l'enroulement primaire.

La signification de l'impédance court-circuit

 

2.2 La signification de l'impédance court-circuit

2.2.1 Limiter le courant de court-circuit

L'impédance court-circuit détermine l'amplitude du courant de court-circuit généré par le transformateur lorsque l'enroulement secondaire est court-circuit. Le courant de court-circuit est le courant maximal qui peut se produire dans un système d'alimentation, et il peut constituer une menace sérieuse pour la sécurité des équipements et des systèmes.

Plus l'impédance court-circuit est grande, plus le courant de court-circuit est petit, ce qui aide à protéger le transformateur et l'équipement en aval des dommages causés par un courant de court-circuit excessif.

Calcul de court-circuit

Étant donné: La capacité de plaque signalétique du transformateur est de 100 mVa, la tension est de 132\/11 kV et l'impédance court-circuit est de 10%. Calculez le courant de court-circuit sur les côtés de haute et basse tension.

= courant de court-circuit

= Courant nominal

Z%=Impédance de court-circuit

 

Côté haute tension:

 

Côté basse tension:

 

2.2.2 Régulation de tension

Impédance court-circuit et chute de tension

L'amplitude de l'impédance court-circuit affecte directement la chute de tension du transformateur. Une plus grande impédance de court-circuit signifie que lorsque le transformateur est sous charge, la chute de tension sur les enroulements est également plus élevée, ce qui entraîne une plus grande baisse de la tension de sortie. En d'autres termes, plus l'impédance court-circuit est grande, plus les performances de la régulation de tension, car la tension de sortie fluctue davantage lorsque la charge change.

2.2.3 Opération de parallèle

Lorsque plusieurs transformateurs fonctionnent en parallèle, l'amplitude de l'impédance court-circuit détermine la proportion de la charge que chaque transformateur porte. Si les impédances court-circuits des transformateurs parallèles sont différentes, la charge sera répartie de manière inégale

• Transformateur à faible impédance

Il supportera une charge relativement grande. En effet

• Transformers à forte impédance

Ensuite, il supportera une charge plus petite. En effet, une plus grande impédance générera une plus grande chute de tension, résultant en un courant transmis plus petit et donc une charge plus petite.

L'une des conditions de fonctionnement parallèle est que les impédances de plusieurs transformateurs sont les mêmes.

Supposons qu'il y ait deux transformateurs fonctionnant en parallèle:

L'impédance court-circuit du transformateur A est de 8%.

L'impédance court-circuit du transformateur B est de 10%.

Si ces deux transformateurs fonctionnent en parallèle, en raison de l'impédance de court-circuit plus petite de A, il supportera une charge plus grande que B. Par exemple, si la charge totale du système est de 1000kva, alors le transformateur A pourrait supporter 600kva, tandis que le transformateur B ne supporte que 400kva.

Cette distribution de charge inégale peut entraîner les problèmes suivants:

• Surcharge: les transformateurs à faible impédance peuvent être surchargés, tandis que ceux avec une impédance élevée peuvent être dans un état de charge de lumière.

• Faible efficacité: En raison de la distribution de charge inégale, l'efficacité opérationnelle de l'ensemble du système peut diminuer.

• La durée de vie raccourcie: les transformateurs opérant dans des conditions de surcharge peuvent subir une durée de vie raccourcie en raison de la contrainte thermique et du vieillissement accéléré.

2.2.4 Paramètres de protection

L'impédance de court-circuit a un impact direct sur le réglage de dispositifs de protection tels que les relais et les disjoncteurs. Les dispositifs de protection doivent généralement être réglés en fonction du courant de court-circuit pour garantir que les défauts peuvent être coupés rapidement et efficacement lorsqu'un court-circuit se produit, réduisant ainsi l'impact sur d'autres parties du système.

Comprendre l'impédance court-circuit d'un transformateur est utile pour concevoir des paramètres de protection appropriés pour assurer la sécurité et la fiabilité du système.

 

 

3.1 L'avantage de l'impédance élevée

• Limiter le courant de court-circuit

Les transformateurs à forte impédance peuvent limiter l'amplitude du courant de court-circuit lorsqu'un court-circuit se produit. Cela aide à protéger le système d'alimentation et l'équipement et réduit l'impact des défauts sur le système.

• Flexibilité pendant le fonctionnement parallèle

Dans les transformateurs fonctionnant en parallèle, s'il y a une légère différence d'impédance (mais dans une plage raisonnable), il est plus facile de distribuer la charge et d'éviter une concentration excessive de la charge sur un seul transformateur en raison d'une trop petite impédance.

• Le coût peut être relativement faible

Dans certaines conceptions, l'augmentation de l'impédance peut réduire la quantité de matériau d'enroulement utilisé, réduisant ainsi les coûts de fabrication.

 

3.2 L'inconvénient de la forte impédance

Les performances de la régulation de tension sont médiocres

Les transformateurs à forte impédance subiront des fluctuations importantes dans leur tension de sortie lorsque la charge changera. Ceci est défavorable pour les charges qui nécessitent une tension stable, et la chute de tension est relativement grande

Perte d'énergie relativement importante

Une plus grande impédance signifie une plus grande résistance et réactance, ce qui peut entraîner une perte d'énergie plus élevée et réduire l'efficacité du transformateur.

 

3.3 Avantages de faible impédance

Il a de bonnes performances de régulation de tension

Les transformateurs à faible impédance ont des fluctuations de tension de sortie plus petites lorsque la charge change et peut fournir une tension plus stable. Ceci est très important pour les appareils sensibles aux fluctuations de tension, tels que les appareils électroniques et les centres de données, où la chute de tension est relativement faible.

Grande efficacité

Une impédance plus petite signifie une résistance et une réactance plus faibles, ce qui entraîne généralement une efficacité énergétique plus élevée et réduit les pertes pendant le fonctionnement.

 

3.4 Inconvénient de la faible impédance

Le courant de court-circuit est relativement grand

Une faible impédance signifie que lorsqu'un court-circuit se produit, le courant sera très important, ce qui peut avoir un impact significatif sur le système et l'équipement. Cela nécessite des mesures de protection plus complexes et plus coûteuses.

Coût de fabrication élevé

La réalisation d'une faible impédance nécessite généralement l'utilisation de plus de matériaux (tels que des fils plus épais ou des noyaux plus grands) et des processus de fabrication plus complexes, ce qui augmente les coûts.

 

3.5 Choix de compromis

Dans les applications pratiques, les concepteurs de transformateurs doivent généralement trouver un point d'équilibre entre les amplitudes de l'impédance.

Ce point d'équilibre dépend de:

• Exigences de protection pour les systèmes d'alimentation

Si le courant de court-circuit doit être strictement contrôlé, une conception avec une plus grande impédance peut être choisie.

• Les exigences de stabilité de tension de la charge

Si une tension de sortie très stable est requise, une conception avec une impédance plus petite peut être choisie.

• Considération des coûts

Sur le point de répondre aux exigences de performance, le coût est souvent un facteur de prise de décision important.

 

 

4.1 Objectif de test

Le test d'impédance de court-circuit et de perte de charge est un test important pour les transformateurs, qui est utilisé pour déterminer l'impédance court-circuit (% z) du transformateur et la perte de charge (c'est-à-dire la perte de cuivre) dans des conditions de court-circuit. Ce test peut fournir des informations caractéristiques électriques importantes du transformateur dans des conditions de travail spécifiques, ce qui est utile pour vérifier la qualité de conception et les performances du transformateur.

• Mesurer l'impédance court-circuit (% z)

L'impédance court-circuit reflète l'effet combiné de la résistance et de la réactance d'un transformateur et est crucial pour évaluer les performances d'un transformateur dans des conditions de défaut.

• Mesurez la perte de charge

La perte de charge (ou la perte de cuivre) est la perte de puissance causée par la résistance à l'enroulement d'un transformateur sous la charge nominale, qui peut être mesurée par des tests d'impédance court-circuit

 

4.2 Principe de test

Le test d'impédance de court-circuit consiste à appliquer une tension relativement faible à l'enroulement primaire (généralement le côté haute tension) d'un transformateur tout en court-circuiter l'enroulement secondaire (généralement le côté basse tension), et à mesurer la tension, le courant et la puissance de l'enroulement primaire à ce moment. Sur la base de ces valeurs de mesure, l'impédance court-circuit et la perte de charge du transformateur peuvent être calculées.

 

4.3 Procédures de test

4.3.1 Préparation du test

Câblage: court-circuit de l'enroulement de la côté secondaire (côté basse tension) du transformateur et connectez l'enroulement de la côté primaire (côté haute tension) à une alimentation réglable.

Préparation de l'équipement: connectez le dispositif de mesure aux paramètres d'enregistrement tels que la tension, le courant et la puissance.

4.3.2 Tension appliquée

Augmentez progressivement la tension du côté primaire de zéro jusqu'à ce que le courant du côté primaire atteigne le courant nominal. À ce stade, en raison du court-circuit du côté secondaire, la tension doit être proche de zéro.

4.3.3 Mesure

Tension: mesurer et enregistrer la tensioncôté principal

Courant: mesurez et enregistrez le courantcôté principal

Puissance: mesurer et enregistrer la puissance active de l'entrée P, qui est principalement la perte de charge (perte de cuivre) de l'enroulement.

4.4.4 Calcul

Formule de calcul de l'impédance court-circuit:

Pourcentage d'impédance de court-circuit (% Z):

Parmi eux,est la tension nominale du transformateur

La perte de charge (perte de cuivre) fait référence à la puissance mesurée P.

4.4.5 Conditions de test

Les tests sont généralement effectués à température ambiante, mais en raison de l'influence significative de la température sur la résistance à l'enroulement, les pertes de charge mesurées réelles peuvent nécessiter une correction de la température.

Dans le test, la tension appliquée est relativement faible. Il suffit d'atteindre le courant nominal, et non la tension nominale, car lorsque l'enroulement secondaire est court-circuité, l'application d'une tension inférieure est suffisante pour générer le courant nominal.

4.4.6 Analyse des résultats des tests

Valeur d'impédance court-circuit

La valeur d'impédance court-circuit mesurée doit être cohérente avec la valeur de conception ou la valeur sur la plaque signalétique. Si les différences sont significatives, cela peut indiquer qu'il y a des problèmes dans la conception ou la fabrication du transformateur.

Perte de chargement

La perte de charge mesurée (perte de cuivre) est utilisée pour évaluer l'efficacité du transformateur dans des conditions de charge complète. Cette perte doit être dans la plage spécifiée dans la conception.

4.4.7 signification

Le test d'impédance court-circuit vérifie non seulement la qualité de conception et de fabrication du transformateur, mais fournit également des données clés pour l'analyse des défauts du système, le réglage des dispositifs de protection et le fonctionnement parallèle du transformateur. Grâce à ce test, les ingénieurs peuvent assurer la sécurité et la fiabilité du transformateur en fonctionnement réel. En conclusion, le test d'impédance court-circuit est une étape importante pour s'assurer que le transformateur est conforme aux spécifications de conception et peut fonctionner en toute sécurité et efficacement.