Principe de fonctionnement et caractéristiques des transformateurs redresseurs

Principe de fonctionnement des transformateurs redresseurs

Le principe de fonctionnement d'un transformateur redresseur est le même que celui d'un transformateur conventionnel. Un transformateur est un dispositif qui convertit la tension alternative en se basant sur le principe de l'induction électromagnétique. Typiquement, un transformateur est composé de deux enroulements électriquement isolés - le primaire et le secondaire - enroulés autour d'un noyau d'acier commun. Lorsque l'enroulement primaire est connecté à une source d'alimentation alternative, le courant alternatif génère une force magnétomotrice, produisant un flux magnétique variable à l'intérieur du noyau d'acier fermé. Ce flux variable relie les deux enroulements, induisant une tension alternative de la même fréquence dans l'enroulement secondaire. Le rapport de tension entre les enroulements primaire et secondaire est égal au rapport de leurs spires. Par exemple, si le primaire a 440 spires et le secondaire a 220 spires avec une entrée de 220 V, la tension de sortie sera de 110 V. Certains transformateurs peuvent avoir plusieurs enroulements secondaires ou des prises pour fournir plusieurs tensions de sortie.

Caractéristiques des transformateurs redresseurs

Les transformateurs redresseurs sont utilisés en conjonction avec des redresseurs pour former des systèmes de redressement, qui convertissent l'énergie alternative en énergie continue. Ces systèmes servent de sources d'énergie continue les plus courantes dans les applications industrielles modernes et sont largement utilisés dans des domaines tels que la transmission à courant continu haute tension (HVDC), la traction électrique, les laminoirs, le galvanoplastique et l'électrolyse.

Le côté primaire d'un transformateur redresseur est connecté au réseau électrique alternatif (côté réseau), tandis que le côté secondaire est connecté au redresseur (côté valve). Bien que le principe structurel soit similaire à celui d'un transformateur standard, la charge spécifique - à savoir le redresseur - confère des caractéristiques particulières :

• Formes d'onde de courant non sinusoïdales : Dans un circuit de redressement, chaque bras conduit alternativement pendant un cycle, la durée de conduction n'occupant qu'une partie du cycle. Ainsi, la forme d'onde du courant passant par les bras du redresseur n'est pas sinusoïdale mais ressemble à une onde rectangulaire discontinue. Par conséquent, les formes d'onde de courant dans les enroulements primaire et secondaire sont non sinusoïdales. La figure illustre la forme d'onde de courant dans un redresseur pont triphasé avec connexion YN. L'utilisation de redresseurs thyristor avec un angle de déclenchement plus important entraîne des transitions de courant plus abruptes et un contenu harmonique accru, provoquant des pertes par courants de Foucault plus importantes. Comme l'enroulement secondaire ne conduit que partiellement pendant le cycle, l'utilisation du transformateur redresseur est réduite. Comparativement aux transformateurs conventionnels, les transformateurs redresseurs sont généralement plus grands et plus lourds pour la même puissance.

• Puissance apparente équivalente : Dans un transformateur conventionnel, la puissance sur les côtés primaire et secondaire est égale (en négligeant les pertes), et la capacité nominale du transformateur correspond à la puissance de l'un des enroulements. Cependant, dans un transformateur redresseur, en raison des formes d'onde de courant non sinusoïdales, les puissances apparentes primaires et secondaires peuvent différer (par exemple, en redressement demi-onde). Par conséquent, la capacité du transformateur est définie comme la moyenne des puissances apparentes primaire et secondaire, connue sous le nom de puissance équivalente, donnée par S = (S₁ + S₂) / 2, où S₁ et S₂ sont les puissances apparentes des enroulements primaire et secondaire, respectivement.

• Résistance aux courts-circuits : Contrairement aux transformateurs d'usage général, les transformateurs redresseurs doivent répondre à des exigences strictes en termes de résistance mécanique en cas de court-circuit. Assurer la stabilité dynamique lors des courts-circuits est donc une considération cruciale dans leur conception et fabrication.