Transformateurs à enroulements multiples

Les convertisseurs de puissance et les alimentations AC/DC et DC/DC utilisent le transformateur. Les transformateurs sont un élément essentiel de tout circuit électrique. Il peut augmenter et diminuer les tensions jusqu'à une limite sûre. Les transformateurs sont un composant indispensable pour tout circuit doté d'une sortie CC et d'une entrée de tension de ligne. Dans le circuit DC/DC, le transformateur fonctionne en commutant les signaux PWM au lieu du signal sinusoïdal AC.

Les transformateurs multi-enroulements peuvent nous fournir la puissance de sortie avec un rendement élevé et sur plusieurs rails. Ces transformateurs disposent de plusieurs bobines secondaires pour augmenter ou diminuer la tension d'entrée jusqu'à la valeur souhaitée. Ces transformateurs sont également utilisés pour isoler plusieurs rails dans un système électrique.

Aperçu rapide :

• Qu'est-ce qu'un transformateur à enroulements multiples
• Introduction aux transformateurs double tension
• Prises de transformateur à enroulements multiples
• Configurations de tension pour transformateurs à enroulements multiples
• Qu'est-ce qu'un transformateur à enroulements multiples à prise centrale
• Transformateurs à prise centrale utilisant un transformateur à double tension
• Conclusion

Qu'est-ce qu'un transformateur à enroulements multiples

Les transformateurs qui ont plus d'un enroulement de chaque côté sont appelés Transformateurs à enroulements multiples . Ils ont généralement un enroulement primaire et deux ou plusieurs enroulements secondaires. Ces transformateurs sont utiles à différentes fins, telles que la régulation de tension, l'isolation et l'adaptation d'impédance.

Les transformateurs à enroulements multiples fonctionnent de la même manière que les transformateurs ordinaires. Une différence est qu'ils ont plus d'un enroulement de chaque côté . Pour les connecter entre eux, nous devons vérifier les polarités de tension de chaque enroulement, qui sont marquées par des points. Les points montrent l'extrémité positive (ou négative) du bobinage.

Les transformateurs fonctionnent sur induction mutuelle, ce qui signifie que la tension dans chaque enroulement est proportionnelle au nombre de tours, comme indiqué ci-dessous :

La puissance dans chaque enroulement est la même, donc le rapport des tours est égal au rapport des tensions. Par exemple, si l'enroulement primaire a 10 tours et 100 volts et que l'enroulement secondaire a 5 tours, alors la tension secondaire est de 50 volts. C'est ainsi que les transformateurs à enroulements multiples peuvent avoir différentes tensions de sortie pour différentes bobines.

Un transformateur qui peut avoir différents secondaires avec des tours de fils variables. Le nombre de tours affecte la tension de l'électricité. Plus de tours signifient une tension plus élevée et moins de tours signifient une tension plus faible. Ainsi, un transformateur peut produire différentes tensions pour différents appareils à partir d’une seule source d’électricité. Ceci est utile pour les circuits électroniques, tels que les alimentations et les convertisseurs.

Voici un transformateur à enroulements multiples avec plusieurs connexions d'enroulements secondaires. Chacun de ces enroulements secondaires fournit une tension de sortie différente.

Nous pouvons utiliser l’enroulement primaire individuellement ou le connecter à une paire d’autres enroulements différents pour faire fonctionner un transformateur. Cependant, la connexion de l'enroulement secondaire dépend de la tension dont nous avons besoin du côté sortie. Un enroulement secondaire en configuration parallèle n'est possible que si les deux enroulements connectés doivent être électriquement identiques. En d’autres termes, leurs valeurs nominales de courant et de tension doivent correspondre.

Introduction aux transformateurs double tension

Les transformateurs à double tension contiennent deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires. Les spécifications de tension et de courant des deux primaires sont identiques. De même, les valeurs de tension et de courant des deux enroulements secondaires sont également les mêmes. Ces transformateurs sont conçus de manière à pouvoir être utilisés dans différentes applications. Nous pouvons modifier les prises de transformateur de ces enroulements pour créer une combinaison série et parallèle pour des exigences de courant et de tension plus élevées. Ces types de transformateurs à enroulements multiples sont appelés Transformateurs double tension .

Prises de transformateur à enroulements multiples

Certains transformateurs sont conçus de telle manière que vous pouvez modifier leur rapport de transformation en modifiant les connexions latérales primaire et secondaire. Ces connexions sur les côtés primaire ou secondaire d'un transformateur sont appelées robinets de transformateur .

Le schéma de connexion du transformateur montre la connexion en une seule prise des enroulements primaire et secondaire. Sur cette image, nous pouvons voir que les tours de la bobine secondaire (400) sont plus nombreux que les tours de la bobine primaire (100). Voici donc le schéma de connexion d'un transformateur abaisseur ayant un double enroulement primaire et double secondaire.

Le transformateur donné a deux enroulements primaires et secondaires. Dans ces enroulements, chaque extrémité est appelée borne et il existe une paire de bornes pour chaque enroulement.

Les bornes côté primaire ou haute tension sont nommées H₁ et H₂ .

En regardant le transformateur du côté secondaire, la borne haute tension du transformateur est étiquetée comme suit : H₁ . Selon la CSA, cela est devenu une norme industrielle pour l'étiquetage de la borne haute tension vue du côté secondaire.

De même, les autres bornes du côté de l'enroulement haute tension sont étiquetées comme suit : H₃ et H₄ .

Sur la figure, nous pouvons voir que pour étiqueter la borne secondaire d'un transformateur haute tension, la lettre utilisée est X . Les deux bornes secondaires ou côté basse tension sont étiquetées X ₁ , X ₂ , et X ₃ , X ₄ .

Les transformateurs ayant un double enroulement dans chacun de ses enroulements primaire et secondaire présentent l'avantage. De cette manière, chaque paire d’enroulements du transformateur est reliée soit en série, soit en parallèle.

Considérons maintenant le schéma de connexion des prises du transformateur ci-dessous. Cette configuration contient également un double enroulement primaire et double secondaire. Ici, les deux enroulements du côté primaire sont en série, tandis que les secondaires sont en parallèle.

Depuis le branchement du robinet, vous pouvez voir que du côté haute tension, la borne H₂ est connecté au terminal H₃ . Ainsi, les deux enroulements haute tension sont en série. Le nombre de tours pour les deux enroulements primaires haute tension est de 400 tours chacun. Ainsi, le côté primaire ou haute tension comporte un total de 800 tours.

Terminal X ₁ du côté basse tension est relié à la borne X ₃ , en terminal X ₂ est joint au terminal X ₄ .

Les deux enroulements basse tension de 100 spires chacun sont connectés en parallèle. Cela crée un seul enroulement secondaire comportant un total de 100 tours.

Ce transformateur a donc un primaire de 800 tours et un secondaire de 100 tours et est maintenant configuré comme un transformateur abaisseur avec un rapport de transformation de 8:1 .

Considérons maintenant le même transformateur ayant une configuration différente de connexions de prises. Dans ce scénario, les enroulements haute tension et les enroulements basse tension sont interconnectés en série.

Les enroulements haute tension comportent deux enroulements primaires de 400 tours, reliés en série. Cela créera un enroulement unique haute tension avec un total de 800 tours. De même, les deux enroulements basse tension de 100 tours sont également reliés en série. Cela se traduira par un seul enroulement secondaire de 200 tours. Ainsi, le nouveau rapport de braquage modifié que nous obtiendrons est désormais de 800 : 200 ou 4:1 .

Dans cette configuration du transformateur, les deux enroulements du côté primaire sont en connexion parallèle, tandis que les connexions des deux côtés secondaires sont en série. Comme les enroulements primaires sont en parallèle, les deux enroulements primaires de 400 tours agiront comme un seul enroulement primaire de 400 tours.

Les deux enroulements du côté secondaire sont connectés en série, chacun comportant 1 000 spires. Ces deux éléments s'additionnent pour créer un seul enroulement secondaire basse tension de 200 tours. Le nouveau rapport de transformation que nous obtiendrons pour cette configuration de transformateur est de 400 : 200 ou 2:1 .

Nous avons donc couvert différentes configurations du transformateur avec un double enroulement primaire et double secondaire. De cette façon, nous pouvons ajuster les connexions des prises primaires et secondaires pour obtenir différents rapports de rotation.

Configurations de tension pour transformateurs à enroulements multiples

Différentes configurations permettent de connecter les transformateurs à enroulements multiples. La connexion de chaque type dépend de plusieurs facteurs tels que la tension de sortie dont nous avons besoin et le bus d'alimentation auquel nous devons connecter un transformateur. Cela dépend également de la configuration de la bobine si les côtés primaire ou secondaire sont connectés en série ou en configuration parallèle.

Jetons un coup d'œil à quelques configurations principales de transformateurs multi-enroulements :

1. Configuration du transformateur multi-enroulements

Un transformateur multi-enroulements possède deux enroulements primaires et secondaires. Considérons le transformateur à enroulements multiples suivant donné dans l'image :

Certaines caractéristiques principales d’un transformateur à enroulements multiples sont :

• Les transformateurs peuvent avoir plusieurs enroulements primaires, plusieurs enroulements secondaires, ou les deux.
• La tension maximale sur chaque enroulement du côté haute tension est la plus faible des deux tensions.
• La tension maximale sur chaque enroulement basse tension est la plus basse des deux tensions secondaires.
• L'isolation peut être endommagée par toute tension supérieure aux valeurs nominales spécifiées.
• Chaque enroulement d'un transformateur peut gérer en toute sécurité la moitié des kilovolts-ampères (kVA) du transformateur.
• Pour obtenir la tension requise, nous pouvons connecter les batteries en série ou en parallèle.

2. Transformateur de distribution multi-bobines

Le transformateur donné est évalué à 50 kVA, 2 400/4 800 V – 120/240 V. Nous pouvons en conclure que le côté haute tension peut gérer un maximum de 2 400 V par enroulement. Et cette tension sera toujours la moindre des deux tensions. De même, l'enroulement côté basse tension ou côté secondaire est évalué à une tension maximale de 120 V par enroulement. N'oubliez pas que le dépassement de ces tensions nominales peut endommager l'isolation.

Connexion côté primaire (haute tension)

• Si vous souhaitez relier le côté haute tension de ce transformateur de 50 kVA à un bus de 4 800 V, vous devrez connecter les deux enroulements en série. De cette façon, la tension du bus de 4 800 V sera répartie uniformément, chaque enroulement devant supporter la charge de 2 400 V.
• Lors du raccordement du côté haute tension à un bus 2400 V, optez pour une connexion parallèle. Cela garantira que chacun des enroulements subit 2400 V.

Connexion côté secondaire (basse tension)

• Pour connecter le côté basse tension ou secondaire à un bus 240 V, connectez les deux enroulements en série. Cela divise la tension du bus de manière égale, fournissant 120 V à chaque enroulement.
• Si vous devez relier le côté basse tension à un bus 120 V, utilisez une connexion parallèle. De cette façon, chaque enroulement fonctionne avec 120 V.

3. Calculs actuels

Dans un transformateur, la valeur nominale des voltampères (VA) peut être calculée en prenant le produit de la tension par le courant. Le transformateur donné dans la configuration précédente ne peut gérer que la moitié du kVA total. Chaque enroulement haute tension et chaque enroulement basse tension sont évalués à 25 kVA.

Calcul du courant pour l'enroulement haute tension (primaire) :

Ainsi, à partir du résultat ci-dessus, nous pouvons conclure que le courant maximum que l’enroulement haute tension peut gérer est de 10,4 ampères.

Calcul du courant pour l'enroulement basse tension (secondaire) :

Pour les enroulements basse tension, le courant maximum qu’il peut gérer est de 208,3 ampères.

Examinons maintenant les valeurs combinées lorsque les deux bobines sont considérées ensemble :

Calcul du courant pour l'enroulement haute tension (primaire) avec VA complet :

Le courant maximum pour l'enroulement haute tension lorsque les deux bobines du primaire sont prises en compte est de 10,4 ampères.

Calcul du courant pour un enroulement basse tension (secondaire) avec VA complet :

Encore une fois, le courant maximum pour l’enroulement basse tension est de 208,3 ampères.

Ainsi, que l'on considère une seule bobine et la moitié du VA ou les deux bobines avec la totalité du VA, les courants maximaux calculés pour les enroulements haute tension et basse tension restent les mêmes. Cela est dû à la conception et aux caractéristiques spécifiques du transformateur.

4. Connexions à trois fils du transformateur multi-enroulements

En tapant au centre du transformateur avec la ligne unique, vous obtiendrez une sortie de 120 V, tandis qu'en tapant deux fois avec les deux lignes, vous obtiendrez 240 V.

Dans les connexions secondaires à trois fils (120/240 V), le transformateur ne fournira la totalité du kVA que lorsqu'il dispose d'une charge parfaitement équilibrée. Une charge déséquilibrée entraîne une surcharge d’un enroulement. Cela entraînera un dépassement de la valeur nominale actuelle, car chaque enroulement ne peut gérer que la moitié du kVA nominal.

Qu'est-ce qu'un transformateur à enroulements multiples à prise centrale

Un transformateur à prise centrale est conçu pour vous fournir deux tensions secondaires différentes. Ces tensions sont DANS _UN et DANS _B , avec une connexion partagée entre eux. Cette configuration du transformateur créera une source d'alimentation biphasée à 3 fils.

Les tensions secondaires et la tension d'alimentation DANS _p sont égaux et en proportion directe. En conséquence, la puissance dans chaque enroulement est la même. Les tensions aux bornes de ces enroulements secondaires dépendent du rapport de transformation.

Dans le schéma ci-dessus, vous pouvez voir un transformateur standard à prise centrale. Le point de prise central se trouve au centre de l'enroulement secondaire. Cela créera une connexion commune pour deux tensions secondaires d’amplitude égale mais de polarité opposée. Lorsque vous mettez à la terre le robinet central, le DANS _UN la tension deviendra positive par rapport à la terre. Tandis que le DANS _B deviendra négatif et va dans la direction opposée. Cela signifie qu’ils sont électriquement déphasés de 180°.

Cependant, l’utilisation d’un transformateur à prise centrale non mis à la terre présente un inconvénient. En raison du flux de courant inégal à travers la troisième connexion, cela entraînera des tensions déséquilibrées dans les deux enroulements secondaires. Vous verrez ce cas surtout lorsque les charges sont déséquilibrées.

Transformateurs à prise centrale utilisant un transformateur à double tension

Nous pouvons également créer un transformateur à prise centrale en utilisant le transformateur double tension. Pour ce faire, connectez les enroulements secondaires en série et leur maillon central servant de prise. Si la sortie de chaque enroulement secondaire est V, alors la tension de sortie totale du secondaire sera de 2 V.

Conclusion

Les transformateurs à enroulements multiples ont de nombreuses applications dans les circuits électriques et électroniques. Ces transformateurs à double enroulement ou à enroulements multiples peuvent fournir différentes tensions de sortie en fonction du rapport du nombre de spires secondaires. Plusieurs transformateurs à enroulements peuvent être interconnectés dans des configurations en série ou en parallèle pour produire des tensions ou des courants accrus. Vous pouvez également créer un transformateur à prise centrale en reliant leurs deux enroulements secondaires en série.