Qu’est-ce qu’un transformateur de puissance ?

Un transformateur de puissance est un dispositif électrique statique qui transfère l’énergie électrique entre deux ou plusieurs circuits grâce au principe de l’induction électromagnétique. Il s’agit d’un composant essentiel des systèmes électriques, permettant une transmission, une distribution et une utilisation efficaces de l’énergie électrique en ajustant les niveaux de tension tout en maintenant une fréquence constante (dans la plupart des cas).
Fonctions principales des transformateurs de puissance
Transformation de tension :
Transformateurs élévateurs : Augmentent la tension pour le transport longue distance. Une tension plus élevée réduit le courant (de P = VI), minimisant ainsi les pertes de puissance (I 2 R) dans les lignes de transmission.
Transformateurs abaisseurs : Abaissent la tension à des niveaux plus sûrs et utilisables pour les applications industrielles, commerciales ou résidentielles (par exemple, de lignes de distribution de 110 kV à une alimentation domestique de 230 V).
Isolation :
Ils isolent électriquement les circuits (les enroulements primaire et secondaire ne sont pas physiquement connectés), améliorant ainsi la sécurité et réduisant les interférences.
Adaptation d’impédance :
Optimisent le transfert de puissance entre les circuits en adaptant l’impédance des sources et des charges, améliorant ainsi l’efficacité.
Structure de base
Un transformateur de puissance est composé des éléments suivants :
Noyau : Généralement constitué de tôles de fer ou d’acier laminées pour minimiser les pertes par courants de Foucault. Il offre un chemin à faible réluctance pour le flux magnétique.
Enroulements (bobines) : Bobines conductrices (généralement en cuivre ou en aluminium) enroulées autour du noyau.
Enroulement primaire : Connecté à la tension d’entrée (source).
Enroulement secondaire : Fournit la tension de sortie transformée.
Cuve : Enceinte de protection (souvent remplie d’huile isolante) qui refroidit le transformateur et isole les enroulements.
Système de refroidissement : Systèmes à base d’huile ou d’air pour dissiper la chaleur générée pendant le fonctionnement (essentiel pour l’efficacité et la longévité).
Matériaux isolants : Papier, huile ou matériaux synthétiques pour isoler les enroulements et prévenir les courts-circuits.
Principe de fonctionnement
Les transformateurs de puissance fonctionnent selon la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique :
Lorsque le courant alternatif (CA) traverse l’enroulement primaire, il crée un flux magnétique variable dans le noyau. Ce flux variable induit une force électromotrice (FEM) dans l’enroulement secondaire. Le rapport entre la tension primaire et la tension secondaire est égal au rapport de leurs spires : V s V p = N s N p Où V p /V s = tension primaire/secondaire, et N p /N s = nombre de spires primaire/secondaire.
Types de transformateurs de puissance classés par cas d’utilisation, conception ou phase :
Par application :
Transformateurs de distribution : Abaisseurs de tension pour la distribution locale (par exemple, transformateurs de voisinage).
Transformateurs de puissance : Utilisés dans les réseaux de transport haute tension (par exemple, de 220 kV à 500 kV).
Transformateurs de mesure : Mesurent les tensions/courants élevés (par exemple, transformateurs de courant, transformateurs de tension).
Par phase :
Monophasé : Pour usage résidentiel (CA monophasé).
Triphasé : Pour systèmes industriels et de transport (CA triphasé, plus efficace pour les grandes puissances).
Par refroidissement :
Immergé dans l’huile (le plus courant pour les grandes puissances). Type sec (refroidi par air, utilisé en intérieur où l’huile représente un danger).
Importance dans les réseaux électriques
Sans transformateurs de puissance, le transport efficace d’électricité sur de longues distances serait impossible. Le transport à haute tension réduit les pertes d’énergie, permettant ainsi l’approvisionnement en électricité des villes et villages éloignés à partir de centrales (hydrauliques, solaires ou thermiques, par exemple). Elles constituent ainsi l’épine dorsale des réseaux électriques modernes.