Qu’est-ce qu’un autotransformateur ?
Un autotransformateur (ou autotransformateur) est un type de transformateur électrique avec un seul enroulement. Le préfixe « auto » fait référence à la bobine unique agissant seule (grec pour « self ») – et non à un quelconque mécanisme automatique. Un autotransformateur est similaire à un transformateur à deux enroulements mais varie dans la façon dont l’enroulement primaire et secondaire du transformateur sont reliés entre eux.
Théorie de l’autotransformateur
Dans un autotransformateur, un seul enroulement est utilisé comme enroulement primaire ainsi que comme enroulement secondaire. Mais dans un transformateur à deux enroulements, deux enroulements différents sont utilisés pour le primaire et le secondaire. Un schéma de circuit d’autotransformateur est présenté ci-dessous.
L’enroulement AB de tours totaux N1 est considéré comme un enroulement primaire. Cet enroulement est prélevé au point ′C′ et la portion BC est considérée comme secondaire. Supposons que le nombre de tours entre les points ′B′ et ′C′ soit N2.
Si la tension V1 est appliquée aux bornes de l’enroulement c’est-à-dire entre ′A′ et ′C′.
Hence, la tension aux bornes de la portion BC de l’enroulement, sera,
Comme la portion BC de l’enroulement est considérée comme secondaire, on peut facilement comprendre que la valeur de la constante ′k′ n’est rien d’autre que le rapport de tours ou le rapport de tension de cet auto transformateur. Lorsque la charge est connectée entre les bornes secondaires c’est-à-dire entre ′B′ et ′C′, le courant de charge I2 commence à circuler. Le courant dans l’enroulement secondaire ou l’enroulement commun est la différence de I2 et de I1.
Economies de cuivre dans l’auto transformateur
Nous allons maintenant discuter des économies de cuivre dans l’auto transformateur par rapport au transformateur conventionnel à deux enroulements.
Nous savons que le poids du cuivre de tout enroulement dépend de sa longueur et de sa section transversale. Encore une fois, la longueur du conducteur dans l’enroulement est proportionnelle à son nombre de tours et la surface de section transversale varie avec le courant nominal.
Donc le poids du cuivre dans l’enroulement est directement proportionnel au produit du nombre de tours et du courant nominal de l’enroulement.
Donc, le poids du cuivre dans la section AC est proportionnel à,
et de même, le poids du cuivre dans la section BC est proportionnel à,
Hence, le poids total du cuivre dans l’enroulement de l’auto transformateur est proportionnel à,
De la même manière, on peut prouver que le poids du cuivre dans un transformateur à deux enroulements est proportionnel à,
Supposons que Wa et Wtw sont le poids du cuivre dans l’auto transformateur et le transformateur à deux enroulements respectivement,
∴ Économie de cuivre dans l’auto transformateur par rapport au transformateur à deux enroulements,
L’auto transformateur n’emploie qu’un seul enroulement par phase contre deux enroulements distincts dans un transformateur classique.
Avantages de l’utilisation des autotransformateurs
Les avantages d’un autotransformateur comprennent :
- Pour un rapport de transformation = 2, la taille de l’autotransformateur serait d’environ 50% de la taille correspondante du transformateur à deux enroulements. Pour le rapport de transformation disons 20 cependant la taille serait de 95 %. L’économie sur le coût du matériel n’est bien sûr pas dans la même proportion. L’économie de coût est appréciable lorsque le rapport de transformation est faible, c’est-à-dire inférieur à 2. Ainsi, l’autotransformateur est plus petit en taille et moins cher.
- Un autotransformateur a un rendement plus élevé que le transformateur à deux enroulements. Cela est dû à la diminution des pertes ohmiques et des pertes dans le noyau en raison de la réduction du matériau du transformateur.
- Un autotransformateur a une meilleure régulation de la tension car la chute de tension dans la résistance et la réactance de l’enroulement unique est moindre.
Inconvénients de l’utilisation d’un autotransformateur
Les inconvénients d’un autotransformateur comprennent :
- En raison de la conductivité électrique des enroulements primaires et secondaires, le circuit de tension inférieure est susceptible d’être impressionné par une tension supérieure. Pour éviter un claquage dans le circuit de basse tension, il devient nécessaire de concevoir le circuit de basse tension pour supporter une tension plus élevée.
- Le flux de fuite entre les enroulements primaires et secondaires est faible et donc l’impédance est faible. Il en résulte des courants de court-circuit plus sévères dans des conditions de défaut.
- Les connexions sur les côtés primaire et secondaire ont nécessairement besoin d’être les mêmes, sauf si l’on utilise des connexions en étoile interconnectées. Cela introduit des complications dues au changement de l’angle de phase primaire et secondaire en particulier dans le cas d’une connexion delta/delta.
- En raison du neutre commun dans un auto transformateur connecté en étoile/étoile, il n’est pas possible de mettre à la terre le neutre d’un seul côté. Leurs deux côtés doivent avoir leur neutralité soit à la terre soit isolée.
- Il est plus difficile de maintenir l’équilibre électromagnétique de l’enroulement lorsque des prises de réglage de tension sont prévues. Il faut savoir que la fourniture de prises sur un autotransformateur augmente considérablement le gabarit du transformateur. Si la gamme de prises est très grande, les avantages gagnés sur le coût initial sont perdus dans un grand événement.
Applications des autotransformateurs
Les applications d’un autotransformateur comprennent :
- Compenser les chutes de tension en augmentant la tension d’alimentation dans les systèmes de distribution.
- Les autotransformateurs avec un certain nombre de prises sont utilisés pour le démarrage des moteurs à induction et des moteurs synchrones.
- L’autotransformateur est utilisé comme variac dans les laboratoires ou lorsque la variable continue sur de larges plages est requise.
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