Lorsqu'un fabricant de textiles au Bangladesh a adopté des machines de pointe en provenance du Japon, ces machines étaient conçues pour fonctionner à une tension nominale de 200 volts, trois phases. Cependant, l'alimentation locale de l'usine était de 400 volts, trois phases, comme c'est standard en Asie du Sud. Un transformateur classique abaisseur aurait modifié l'alimentation de l'usine de 400 volts à 200 volts, puisque l'alimentation de l'usine était irrégulière, et la tension chutant jusqu'à un maximum de 370 volts aux périodes de pointe créait des problèmes pour les machines de 200 volts. Il était clair qu'un simple transformateur abaisseur ne fonctionnerait pas ici. Ce qui était nécessaire, c'était plutôt un transformateur élévateur avec un enroulement secondaire à prises. Un tel transformateur fournit un moyen d'ajouter ou de soustraire un pourcentage de la tension primaire et ainsi de modifier les paramètres afin de compenser la chute de tension. Le transformateur élévateur a été configuré pour fournir un supplément de 10 % de la tension d'entrée, offrant une tension stable de 200-220 volts pour les machines à tisser, quelles que soient les fluctuations de l'alimentation. Les problèmes de sous-tension et de surchauffe ont cessé, et l'usine est revenue à des performances normales.
Résumé : Un transformateur élévateur est utilisé pour modifier l'alimentation en tension dans une plage acceptable de +5% à -20%, tout en ne traitant que la portion modifiée de l'énergie ; par conséquent, il est beaucoup plus petit et moins cher par rapport à un transformateur standard d'une charge kVA équivalente. Les solutions les plus adaptées pour le marché international sont des unités de transformateurs buck-boost standard préconfigurées utilisées pour la correction de tension, des transformateurs personnalisés pour des applications industrielles et non standard, et des équipements de régulation de tension intégrés avec des commutateurs automatiques pour les cas d'instabilité de l'alimentation.
Ce que fait un transformateur élévateur — et comment il diffère d'un transformateur abaisseur ou élévateur standard.
Peu importe qu'ils augmentent ou diminuent la tension, presque tous les transformateurs sont constitués d'un enroulement primaire, d'un enroulement secondaire et d'un noyau magnétique. La différence entre les enroulements primaire et secondaire est qu'ils ne sont pas connectés électriquement, tandis que la tension de l'enroulement secondaire est une certaine proportion fixe de celle de l'enroulement primaire, définie par un rapport de transformation. Si la tension primaire change, la tension secondaire change automatiquement également. Il est inutile de s'attendre à ce que le transformateur régule la tension d'entrée : il ne fait rien d'autre que de transmettre les fluctuations de tension d'entrée à la sortie. Le principe de fonctionnement des transformateurs de renforcement, cependant, est différent. Ces transformateurs sont connectés de manière à ce que leur tension secondaire soit soit ajoutée soit soustraite à la tension primaire, atteignant ainsi une tension de sortie qui diffère de la tension d'entrée d'une valeur spécifique. De plus, les transformateurs de renforcement ne sont pas destinés à convertir toute l'électricité de charge d'une tension à une autre : leur application est limitée à l'ajustement d'un léger décalage entre les tensions. Par exemple, un transformateur de renforcement peut changer une tension d'entrée de 208 volts en une tension de sortie de 240 volts, ou convertir 480 volts en 416 volts, ou maintenir une tension de sortie de 400 volts lorsque l'entrée n'est que de 370 volts, etc. Le principal avantage économique d'un transformateur de renforcement est que vous n'avez pas à acheter un transformateur capable de gérer toute la charge. Le transformateur de renforcement, en revanche, doit seulement être capable de gérer la différence entre la tension requise et la tension d'alimentation réelle.
La connexion standard pour un transformateur de renforcement est l'autotransformateur dans lequel une seule bobine sert à la fois d'entrée et de sortie. La bobine a un point de prélèvement à partir duquel la tension de sortie est prélevée entre l'extrémité de la bobine et le point de prélèvement. L'autotransformateur est très efficace en construction car il nécessite moins de cuivre, moins d'acier pour le noyau et moins d'isolation, par rapport à d'autres transformateurs isolants. Cependant, il ne fournit pas d'isolation galvanique entre l'entrée et la sortie ; elles sont connectées par un conducteur commun et toute défaillance sur l'entrée sera observée sur la sortie. Cependant, cela peut ne pas poser de problème pour de nombreuses applications industrielles car l'équipement dispose déjà de disjoncteurs et l'isolation n'est pas une préoccupation de sécurité ou fonctionnelle. L'acheteur doit être conscient de cette limitation et y consentir. Lorsque l'isolation galvanique est requise par l'application (par exemple, dans un hôpital, dans un laboratoire ou dans des circuits nécessitant que la sortie soit flottante par rapport à la terre), l'acheteur doit demander un transformateur de renforcement conçu séparément qui possède un enroulement isolant.
En plus de l'autotransformateur, on peut utiliser un transformateur à deux enroulements. Cette variante offre les mêmes avantages que ceux mentionnés ci-dessus, mais elle dispose d'un enroulement entièrement isolé. Le transformateur booster isolé a la même capacité de corriger la tension (en ajoutant ou en soustrayant un pourcentage de la tension d'entrée) tout en garantissant l'isolation galvanique. Les conceptions isolées sont destinées à être utilisées dans des équipements de diagnostic médical, des instruments de laboratoire sensibles au bruit de terre, des circuits où il est nécessaire d'avoir une condition de flottement de la sortie. Mais le transformateur booster isolé a ses inconvénients : taille, poids et coût. Il est donc environ 50-80 % plus grand et plus lourd que l'autotransformateur de même puissance en kVA, ce qui signifie que l'acheteur paie plus cher. Les acheteurs qui ont besoin d'une isolation galvanique doivent réaliser ce compromis s'ils achètent un transformateur isolé ; les acheteurs qui n'ont pas besoin de séparation doivent chercher d'autres solutions.
Pour une introduction à la gamme complète de types de transformateurs et à leurs applications spécifiques, consultez le catalogue de produits à Subian Électrique, qui comprend des transformateurs booster, des transformateurs d'isolement, des transformateurs de distribution et des transformateurs de puissance spécialisés pour le marché mondial.
Où sont utilisés les transformateurs booster : les applications globales les plus courantes
Le tableau ci-dessous résume les applications les plus courantes pour les transformateurs booster dans différentes industries et régions, le décalage de tension que le transformateur corrige, et la configuration typique qui est spécifiée.
| Application | Décalage de tension | Configuration typique du transformateur booster |
|---|---|---|
| Conversion de 208 V à 240 V en Amérique du Nord | Un bâtiment commercial ou une installation industrielle légère est alimenté en 208 V triphasé par le réseau, mais l'équipement CVC, les compresseurs ou les machines-outils nécessitent 240 V. La différence de 32 volts ne peut pas être corrigée par un transformateur standard ; c'est une application classique de transformateur booster. | Triphasé, 208 V à 240 V, connecté à autotransformateur. Des transformateurs buck-boost préconfigurés standard sont disponibles auprès de tous les principaux fabricants électriques nord-américains pour cette combinaison de tension spécifique, avec des puissances allant de 0,5 kVA à 15 kVA. |
| Correction de la tension en bout de ligne sur de longs feeders de distribution ruraux | Un client à l'extrémité d'un long feeder de distribution reçoit une tension inférieure à la valeur nominale, en particulier pendant les périodes de charge de pointe. Le fournisseur installe un transformateur booster sur le poteau ou sur une dalle pour augmenter la tension au niveau nominal. | Monophasé, monté sur poteau ou sur dalle, rempli d'huile, avec un changeur de prises automatique. Le transformateur augmente la tension d'un pourcentage fixe, et le changeur de prises ajuste le rapport à mesure que la tension d'entrée varie. |
| Équipement industriel conçu pour une tension étrangère | Une usine dans un pays de 400 volts (la plupart de l'Europe, de l'Asie, de l'Afrique) importe une machine conçue pour 480 volts (Amérique du Nord), ou une usine dans un pays de 480 volts importe une machine conçue pour 400 volts. Le décalage de tension est généralement de 10–20 %, ce qui est dans la plage d'un transformateur de surpression. | Triphasé, 400 V à 480 V (ou 480 V à 400 V), connecté en autotransformateur, dimensionné pour le courant à pleine charge de la machine et le pourcentage de surpression de tension. Le transformateur est généralement installé dans le panneau de contrôle de la machine ou dans un boîtier séparé adjacent à la machine. |
| Stabilisation d'une alimentation fluctuante pour des équipements sensibles | Un centre de données, un laboratoire ou un établissement médical dispose d'équipements qui ne peuvent tolérer une variation de tension de plus de ±5 %, mais l'alimentation locale varie de ±10 % ou plus. Un transformateur de surpression avec un changeur de prises automatique, ou un package de régulation de tension intégré, corrige la variation. | Triphasé, avec un changeur de prises automatique, un relais de détection de tension et un système de contrôle. Le transformateur surveille la tension d'entrée et ajuste le rapport de surpression pour maintenir la tension de sortie dans la tolérance requise. C'est la solution de surpression premium, et elle est plus coûteuse qu'une unité à rapport fixe mais fournit la stabilité de tension requise par l'équipement. |
Comment dimensionner correctement un transformateur de surpression
Déterminer la taille d'un transformateur de surpression diffère de la détermination de la taille d'un transformateur d'isolement ordinaire par le fait que le premier ne fonctionne qu'avec l'égalité de la portion étant surpressée et non la charge entière. Le processus de dimensionnement du transformateur est le suivant. Commencez par estimer le courant de charge, c'est-à-dire la quantité maximale de courant tirée par la charge en question. Étant donné qu'en état de préparation, l'équipement ne tirerait qu'une certaine quantité, cette information peut être obtenue à partir de l'équipement ou être déterminée par des calculs simples, en ayant le kVA ou la puissance de l'équipement devant vous. Ensuite, vous devez comprendre quelle est la quantité de surpression – combien de volts supplémentaires sont nécessaires pour atteindre la valeur de sortie que vous avez assignée. Par exemple, si vous obtenez 208 V à l'entrée et vous attendez d'avoir une tension de 240 V à la sortie, vous allez avoir 32 V de valeur de surpression. Si l'entrée change, alors le calcul doit être effectué en prenant la valeur la plus basse possible.
Une fois ces variables déterminées, vous serez en mesure de calculer le kVA du transformateur de surpression en utilisant la formule suivante : kVA de surpression = (Courant en ampères × Tension de surpression en volts × √3 pour triphasé)/1 000. Dans le cas d'une charge triphasée de 50 ampères et d'une valeur de surpression de 32 V, le kVA final du transformateur sera égal à kVA = (50 × 32 × 1,732)/1 000 = 2,77 kVA.
Ensuite, vous devez vérifier la prochaine puissance kVA disponible, qui sera généralement supérieure à la vôtre. Dans cette situation, le plus petit transformateur que vous pouvez trouver aura un taux kVA de 3. Ainsi, le client qui fait l'erreur de sélectionner 20,8 kVA au lieu de 2,77 paiera beaucoup plus que nécessaire pour rien. Pour obtenir de l'aide avec le calcul spécifique pour toute combinaison de tension et de charge, les guides d'application publiés par les fabricants tels que Eaton et Schneider Electric fournissent des tableaux de dimensionnement détaillés et des exemples, et l'équipe de support technique chez Subian Électrique peut aider à la sélection du bon transformateur de renforcement pour toute application.
Sélectionner le meilleur transformateur de renforcement pour vos besoins spécifiques
Dans la détermination du transformateur de renforcement le plus adapté à un projet spécifique, au-delà du calcul de dimensionnement nécessaire, de nombreux autres facteurs entrent en jeu. Le type d'enceinte ainsi que la classification environnementale doivent correspondre à l'emplacement : une enceinte NEMA 1 est adaptée pour une salle électrique intérieure sèche ; une enceinte NEMA 3R doit être utilisée pour une opération en extérieur ; une enceinte en acier inoxydable NEMA 4X est requise pour les zones de lavage dans les usines alimentaires, laiteries ou pharmaceutiques ; NEMA 7 ou NEMA 9 sont les spécifications pour tout emplacement dangereux (classifié) où des gaz, vapeurs et poussières inflammables peuvent être présents. Le matériau des enroulements — qu'il soit en cuivre ou en aluminium — détermine la taille du transformateur, son efficacité et son prix. Les enroulements en cuivre sont meilleurs en termes de conductivité et conduisent ainsi à un transformateur plus petit et plus économe en énergie, tandis que le cuivre coûte plus cher que l'aluminium. Le transformateur avec enroulements en aluminium est moins cher et plus léger que celui avec enroulements en cuivre, cependant, sa taille et ses pertes d'énergie sont plus importantes. Lorsque l'appareil est normalement chargé, les économies d'énergie que le cuivre fournit l'emportent sur son prix ; cependant, pour un transformateur utilisé périodiquement, il est logique d'utiliser de l'aluminium. La fréquence doit être spécifiée correctement : le transformateur conçu pour 60 Hz surchauffera s'il est utilisé pour 50 Hz à la même tension, car un noyau plus grand est nécessaire pour éviter la saturation. Le transformateur de 50 Hz peut être utilisé à la fréquence de 60 Hz sans surchauffe, mais les pertes augmenteront légèrement. Enfin, la norme pertinente (IEC 60076, IEEE C57.12.01, CSA C9, ou une norme nationale locale) doit être déterminée, car elle prévoit les procédures de contrôle et la documentation que le fabricant doit fournir. Par conséquent, un transformateur non certifié sera rejeté indépendamment de ses spécifications de performance.
Pour un acheteur mondial qui traite avec des fournisseurs du monde entier, l'acquisition d'équipements certifiés et testés est bien plus importante que d'obtenir ses spécifications électriques. Le fabricant respecté est obligé de fournir le document du rapport de test de routine pour chaque transformateur. En cas d'achat d'un transformateur sur mesure ou de grandes quantités de produits, une certification de test de type d'un laboratoire indépendant, des rapports de garantie pour les matériaux du noyau et des enroulements, ainsi qu'un rapport d'inspection de fabrication sont requis. Un acheteur qui a acheté un transformateur sans tous ces documents s'engage dans un risque.
Questions Fréquemment Posées
Quelle est la différence entre un transformateur de renforcement et un transformateur élévateur ?
Un transformateur élévateur augmente la tension à un rapport ou un niveau spécifique, par exemple, la tension peut être augmentée de 240 V à 480 V en la corrigeant au niveau de tension de sortie approprié. Un transformateur de renforcement peut augmenter ou diminuer le niveau de tension d'un faible pourcentage entre 5% et 20%. Il est conçu pour gérer uniquement cette partie renforcée de l'énergie de charge mais pas la charge complète. Les transformateurs de type renforcement sont généralement moins volumineux, plus légers et moins chers que les transformateurs élévateurs.
Un transformateur de renforcement peut-il être utilisé à l'envers pour réduire la tension ?
Oui. Un transformateur de renforcement peut être utilisé pour diminuer ou réduire la tension au lieu de l'augmenter. Un transformateur avec les mêmes prises peut également être appliqué de manière différente pour appliquer la tension secondaire afin de l'augmenter ou de la réduire à partir du primaire. Différentes connexions sont montrées dans les schémas de câblage où l'installateur peut choisir quelle connexion sera utilisée dans l'application.
Un transformateur de renforcement fournit-il une isolation électrique ?
Un transformateur de renforcement configuré comme un autotransformateur — avec un seul enroulement servant à la fois de primaire et de secondaire — ne fournit pas d'isolation électrique entre l'entrée et la sortie. Si l'application nécessite une isolation, un transformateur de renforcement avec un design isolant (deux enroulements) doit être spécifié, et la connexion autotransformateur ne doit pas être utilisée. L'acheteur doit confirmer l'exigence d'isolation avant de commander le transformateur.
Quel est le délai typique pour un transformateur de renforcement sur mesure ?
Un transformateur conçu sur mesure (défini comme un transformateur construit selon des exigences particulières concernant les valeurs de tension d'entrée et de sortie, les puissances en kVA ou les spécifications environnementales) est généralement fabriqué avec un délai de 8 à 14 semaines après approbation des dessins de fabrication. En revanche, un transformateur standard disponible en stock ou avec un délai de 1 à 3 semaines auprès de grandes entreprises électriques est un transformateur conçu pour des limites de tension courantes telles que 208 V ou 240 V.
Références
- Eaton — Guide d'application des transformateurs Buck‑Boost. Fabricant de transformateurs de renforcement standard et sur mesure, avec des tableaux de dimensionnement détaillés, des schémas de câblage et des conseils d'application pour les combinaisons de tension les plus courantes.
- Schneider Electric — Transformateurs de correction de tension. Fabricant de transformateurs de boost et de buck-boost pour le marché mondial, avec une documentation technique couvrant la connexion de l'autotransformateur, la méthodologie de dimensionnement et les exigences d'installation.
- IEEE C57.12.01 — Norme pour les exigences générales des transformateurs de distribution et de puissance de type sec. La norme IEEE qui définit les exigences de conception, de test et de performance pour les transformateurs à sec, y compris les unités de boost et de buck-boost.
- IEC 60076 — Transformateurs de puissance. La série de normes internationales qui définit les exigences de conception, de test et de performance pour les transformateurs de puissance et de distribution, adoptée à travers l'Europe, l'Asie, l'Afrique et le Moyen-Orient.
Le meilleur transformateur de boost pour un client mondial est celui qui est correctement dimensionné pour le courant électrique de charge et la tension de boost, correctement configuré pour la tension d'entrée et de sortie et spécifié correctement pour l'environnement d'installation et les niveaux de certification requis. Un transformateur buck-boost standard, préconfiguré, disponible en stock chez un fabricant renommé ou un fournisseur spécialisé est la meilleure solution pour les applications de correction de tension répandues — 208V-240V, 240V-208V, 480V-600V – tenant compte de la plupart des connaissances sur l'installation de transformateurs de boost dans le monde. Une solution sur mesure fabriquée par une entreprise ayant la capacité de produire divers modèles requis par les grandes industries, une tension inhabituelle ou un environnement de travail difficile est la bonne option si les solutions standard ne répondent pas aux besoins. Pour le client qui a besoin d'un partenaire pour reconnaître le problème des spécifications, du dimensionnement et de la sélection, Subian Electric propose des transformateurs buck-boost de toutes les puissances, tensions et fréquences, ainsi que la certification requise pour satisfaire les besoins du client. L'essentiel est qu'un transformateur compensant un déséquilibre de puissance coûte peu, mais protège des équipements beaucoup plus coûteux de l'utilisateur s'appuyant sur l'énergie fournie par le transformateur.