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Pour la modification de la tension dans des installations de haute puissance, on n'utilise pas de transformateurs variables (variacs) qui produisent trop de pertes au contact.
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Changeur de prises en charge


Changeur de prises et indication externe


Transformateur industriel avec changeur de prises

Il est souvent nécessaire de légèrement modifier la tension d'un transformateur pour adapter sa tension au réseau. Quand la consommation du réseau augmente, les pertes dans les cables et les transformateurs augmentent également. Pour éviter que les clients ne reçoivent une tension trop basse, le transformateur est automatiquement commuté à une tension de sortie plus élevée. Le système ne mesure pas la tension chez les utilisateurs, mais le courant total et extrapole la chute de tension et donc la correction à effectuer.

Tous les transformateurs ne sont évidemment pas équipés d'un tel système complexe: les cabines de transformation locales n'en ont pas, ce sont les gros transformateurs moyenne tension qui alimentent des dixaines de cabines locales qui en sont équipés.

Changeurs de prises

Avec les puissances élevées en jeu, on n'utilise pas de transformateurs variables avec charbon qui fait contact sur des spires consécutives (variac ou alternostat). Par contre on utilise des changeurs de prises (commandés par un moteur externe). Ce changeur de prise permet de mettre une spire de plus en fonction à chaque pas, et donc de modifier la tension en sortie.

La commutation s'effectue en charge (pas possible de couper le courant pour modifier le rapport de transformation) et la commutation ne peut pas produire d'interruption du courant. Le changeur de prise est baigné dans de l'huile spéciale qui réduit les étincelles à la commutation. Il s'agit d'un bain séparé au bain du transfo pour permetttre un changement plus fréquent de l'huile. C'est le système le plus utilisé.

Le changeur de prise des grands transformateurs se compose de deux parties:

  • Un sélecteur double qui va sélectionner la prise par laquelle le courant va passer. La sélection s'effectue sur la branche qui est mise hors courant par le commutateur. Il y a une sélection active sur chaque branche.

  • Le commutateur sélectionne l'une ou l'autre branche. Il dispose de deux résistances pour limiter le courant de commutation. Pendant la commutation (qui dure de 50 à 100ms selon les modèles), il y a un moment où les deux prises sont connectées ensemble. En situation normale, les résistances ne sont évidemment pas utilisées.

Pour assurer une commutation rapide, le moteur qui effectue la commutation va d'abord tendre un ressort (pendant une demi-seconde à une seconde), puis libérer le ressort qui effectue la commutation en 50 à 100ms. C'est le même principe que les sectionneurs.

Le changeur de prise représenté à droite est celui d'un transformateur de 250kVA (considéré comme très basse puissance par les industriels). Il permet une modification de la tension de + ou - 16% par pas de 1%.

Le schéma de transfo ci-dessous est un transfo industriel pour le réseau de distribution haute tension.

Le primaire qui peut être commuté est alimenté en 236kV, c'est la haute tension utilisée en Belgique. La moyenne tension est de 165kV (pour alimenter d'autres transfos locaux) et la basse tension est de 15.5kV (pour alimenter des cabines de rues).

Le commutateur est indiqué 1.1 15 1.2 sur le schéma et il y a deux sélecteurs, dont un seul est en fonctionnement. Le changeur de prises est évidemment réalisé en triple puisque nous travaillons avec du triphasé.

Le réglage de la tension s'effectue par un bobinage supplémentaire, dont des spires vont être mises en fonctionnement si nécessaire. Le bobinage est alimenté à partir de la connection 3 du primaire, soit via 14, soit via 4 selon que la tension primaire est trop basse ou trop élevée.

Supposons que la tension d'alimentation soit de 218.3kV, donc trop basse. Le contact externe du sélecteur connecte 3 à 14 (cette connection est maintenue tant que la tension est trop basse). Le contact principal du sélecteur est relié à la broche 9.

Supposons que la tension d'alimentation soit de 264.32kV, donc trop élevée. Le contact externe du sélecteur connecte 3 et 4. Le contact principal du sélecteur est relié à la broche 12. Dans ce cas ci les spires du bobinage s'ajoutent à celles du primaire (dans le cas d'une tension trop basse, elles sont retranchées).

Le commutateur sélectionne ici aussi une des deux branches et le sélecteur de la branche non-active choisit une des connections du bobinage de correction. Le sélecteur a une commutation supplémentaire mais qui ne doit pas être protégée, car la commutation s'effectue quand le bobinage de correction n'est pas parcouru par le courant.

Régulateur à induction

Pour obtenir une variation avec des pas plus petits, on utilise un transformateur rotatif qui ressemble fort à un moteur, avec un rotor et un stator bobinés, mais ici le rotor ne peut pas tourner librement. Le primaire est le stator, qui produit un champ magnétique. En modifiant la position du rotor (qui est le secondaire), on modifie la tension induite dans le rotor. La tension du rotor est ajoutée ou soustraite à la tension du secteur et permet ainsi de faire varier la tension en sortie.

Les contacts au bobinages du rotor ne se font plus par des anneaux et contacts comme dans les moteurs asynchrones à cage bobinée, mais par des connections permanentes réalisées en cables souples, le rotor ne tournant jamais plus de 180°.

La variation de la tension en sortie est généralement limitée à un pourcentage de la tension nominale, par exemple ±15%, le transformateur rotatif ne doit être construit que pour une puissance de 15% de la puissance nominale du réseau.

Dans une installation pratique, on va brancher le rotor sur l'extrémité basse tension d'un transformateur en montage étoile. Le régulateur à induction remplace les changeurs de prises.

Le régulateur à induction permet de modifier en permanence la tension. Il n'y a pas de contacts qui se font et le régulateur est donc très fiable.

Contrairement à un transformateur classique, le régulateur à induction a un entrefer, nécessaire pour permettre au rotor de tourner. L'avantage est que le courant au primaire est limité en cas de cours-circuit au secondaire (c'est également le cas des alternateurs qui ont aussi un entrefer et dont le courant en cours-circuit est limité à 3× à 5× le courant maximal).

Le déplacement du rotor dans le champ tournant produit un déphasage entre primaire et secondaire. Si ce déphasage n'est pas acceptable, il faut utiliser un montage avec deux régulateurs à induction, dont le déphasage de l'un compense celui de l'autre.

Les régulateurs à induction sont généralement conçus pour le triphasé, mais ils existent également en monophasé.

La tension en sortie est déterminée par la tension à l'entrée, à laquelle on ajoute la tension E2 qui peut être de même phase ou de phase inverse.

La formule n'est d'applications que si le nombre de tours au primaire est identique au nombre de tours au secondaire. En pratique on limite le nombre de tours au secondaire à 15%, ce qui permet une régulation de la tension de ± 15%.

Les régulateurs à induction ne sont plus utilisés que pour des applications spécifiques. Le déphasage du courant triphasé étant un inconvénient bien connu, on doit l'éliminer dans le cas de réseaux interconnectés. Pour les puissances élevées (distribution) on n'utilise plus que les changeurs de prise.

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