transformateurs élévateurs et abaisseurs

Jusqu’à présent, nous avons observé des simulations de transformateurs où les enroulements primaire et secondaire étaient d’inductance identique, donnant des niveaux de tension et de courant à peu près égaux dans les deux circuits. L’égalité de tension et de courant entre les côtés, primaire et secondaire d’un transformateur, cependant, n’est pas la norme pour tous les transformateurs.,

Si les inductances des deux enroulements ne sont pas égales, quelque chose d’intéressant se produit:

freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Primary winding freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Secondary winding 

remarquez que la tension secondaire est environ dix fois inférieure à la tension primaire (0,9962 volts contre 10 volts), tandis que le courant secondaire est environ dix fois supérieur (0,9962 mA contre 0,09975 mA).,

ce que nous avons ici est un dispositif qui fait baisser la tension d’un facteur dix et le courant d’un facteur dix:

le rapport de tours de 10:1 donne 10:1 primaire: rapport de tension secondaire et 1:10 primaire: rapport

que sont les transformateurs élévateurs et abaisseurs?

C’est un appareil très utile, en effet. Avec elle, nous pouvons facilement multiplier ou diviser la tension et le courant dans les circuits CA., En effet, le transformateur a fait de la transmission longue distance de l’énergie électrique une réalité pratique, car la tension alternative peut être « intensifiée” et le courant « abaissé” pour réduire les pertes de puissance de résistance de fil le long des lignes électriques reliant les centrales avec des charges.

à chaque extrémité (à la fois le générateur et les charges), les niveaux de tension sont réduits par les transformateurs pour un fonctionnement plus sûr et un équipement moins coûteux.

un transformateur qui augmente la tension du primaire au secondaire (plus de tours d’enroulement secondaires que de tours d’enroulement primaires) est appelé transformateur élévateur.,

inversement, un transformateur conçu pour faire exactement le contraire est appelé transformateur abaisseur.

réexaminons une photographie présentée dans la section précédente:

la section transversale du transformateur montrant les enroulements primaire et secondaire mesure quelques pouces de hauteur (environ 10 cm).

C’est un transformateur abaisseur, comme en témoigne le taux de rotation élevé compter de l’enroulement primaire et le faible nombre de secondaire., En tant qu’unité abaisseur, ce transformateur convertit la puissance haute tension et faible courant en puissance basse tension et haute courant.

Le plus gros calibre de fil utilisé dans l’enroulement secondaire est nécessaire en raison de l’augmentation du courant. L’enroulement primaire, qui n’a pas à conduire autant de courant, peut être fait de fil de plus petit calibre.,

réversibilité du fonctionnement du transformateur

Au cas où vous vous poseriez la question, il est possible de faire fonctionner l’un ou l’autre de ces types de transformateur vers l’arrière (en alimentant l’enroulement secondaire avec une source CA et en laissant l’enroulement primaire alimenter une charge) pour effectuer la fonction inverse: un,

cependant, comme nous l’avons vu dans la première section de ce chapitre, le fonctionnement efficace d’un transformateur nécessite que les inductances d’enroulement individuelles soient conçues pour des plages de fonctionnement spécifiques de tension et de courant, donc si un transformateur doit être utilisé « en arrière” comme celui-ci, il doit être utilisé dans les paramètres de conception originaux de tension et de courant pour chaque enroulement, de peur qu’il ne s’avère inefficace (ou qu’il ne soit endommagé par une tension ou un courant excessif!).,

étiquettes de construction des transformateurs

Les transformateurs sont souvent construits de telle manière qu’il n’est pas évident de savoir quels fils mènent à l’enroulement primaire et lesquels mènent au secondaire. Une convention utilisée dans l’industrie de l’énergie électrique pour aider à atténuer la confusion est l’utilisation de désignations « H” pour l’enroulement à haute tension (l’enroulement primaire dans une unité abaisseur; l’enroulement secondaire dans une unité élévatrice) et de désignations « X” pour l’enroulement à basse tension.

Par conséquent, un simple transformateur de puissance aura des fils étiquetés « H1”, « H2”, « X1” et « X2”., Il est généralement significatif de la numérotation des fils (H1 versus H2, etc.), que nous explorerons un peu plus tard dans ce chapitre.

signification pratique des transformateurs élévateurs et abaisseurs

le fait que la tension et le courant soient « étagés” dans des directions opposées (l’un vers le haut, l’autre vers le bas) est parfaitement logique lorsque vous vous souvenez que la puissance est égale à la tension fois le courant et que vous réalisez que les transformateurs,

tout appareil qui pourrait produire plus de puissance qu’il n’en a pris violerait la Loi de la Conservation de l’énergie en physique, à savoir que l’énergie ne peut pas être créée ou détruite, seulement convertie. Comme pour le premier exemple de transformateur que nous avons examiné, l’efficacité du transfert de puissance est très bonne du côté primaire vers le côté secondaire de l’appareil.

La signification pratique de ceci est rendue plus évidente lorsqu’une alternative est considérée: avant l’avènement des transformateurs efficaces, la conversion de niveau de tension/courant ne pouvait être réalisée que par l’utilisation de moteurs/groupes électrogènes.,

Un dessin de l’ensemble moteur/générateur révèle le principe de base impliqués: (Figure ci-dessous)

=

le Moteur du générateur illustre le principe de base du transformateur.

Dans une telle machine, un moteur est couplé mécaniquement à un générateur, le générateur conçu pour les niveaux de tension et de courant à la vitesse de rotation du moteur.,

alors que les moteurs et les générateurs sont des dispositifs assez efficaces, l’utilisation des deux de cette manière compense leurs inefficacités de sorte que l’efficacité globale est de l’ordre de 90% ou moins. En outre, comme les Groupes moteurs / groupes électrogènes nécessitent évidemment des pièces mobiles, l’usure mécanique et l’équilibre sont des facteurs influençant à la fois la durée de vie et les performances.

Les transformateurs, quant à eux, sont capables de convertir les niveaux de tension et de courant alternatif à des rendements très élevés sans pièces mobiles, ce qui rend possible la distribution et l’utilisation généralisées de l’énergie électrique que nous tenons pour acquises.,

en toute justice, il convient de noter que les Groupes moteurs/groupes électrogènes n’ont pas nécessairement été obsolètes par les transformateurs pour toutes les applications.

bien que les transformateurs soient nettement supérieurs aux groupes moteurs / groupes électrogènes pour la conversion de la tension CA et du niveau de courant, ils ne peuvent pas convertir une fréquence D’alimentation CA en une autre, ni (par eux-mêmes) convertir le courant continu en courant alternatif ou vice-versa.

Les groupes électrogènes / moteurs peuvent faire toutes ces choses avec une relative simplicité, bien qu’avec les limites d’efficacité et les facteurs mécaniques déjà décrits.,

Les Groupes moteurs / groupes électrogènes ont également la propriété unique de stocker l’énergie cinétique: c’est-à-dire que si l’alimentation du moteur est momentanément interrompue pour une raison quelconque, son moment angulaire (l’inertie de cette masse en rotation) maintiendra la rotation du générateur pendant une courte durée, isolant ainsi les charges alimentées par le générateur

analyse du fonctionnement du transformateur élévateur et abaisseur

En regardant de près les chiffres de L’analyse SPICE, nous devrions voir une correspondance entre le rapport du transformateur et les deux inductances., Notez que l’inductance primaire (l1) a 100 fois plus d’inductance que l’inductance secondaire (10000 H contre 100 H), et que le rapport abaisseur de tension mesuré était de 10 à 1.

l’enroulement avec plus d’inductance aura une tension plus élevée et moins de courant que l’autre.

étant donné que les deux inductances sont enroulées autour du même matériau central dans le transformateur (pour le couplage magnétique le plus efficace entre les deux), les paramètres affectant l’inductance pour les deux bobines sont égaux, sauf pour le nombre de tours dans chaque bobine.,

Si nous examinons de nouveau notre formule d’inductance, nous voyons que l’inductance est proportionnelle au carré du nombre de tours de bobine:

donc, il devrait être évident que nos deux inductances dans le dernier exemple de circuit SPICE transformer—avec des rapports d’inductance de 100:1—devraient avoir des rapports de tour de bobine de 10:1, car 10 carrés est égal à 100.,

cela s’avère être le même rapport que nous avons trouvé entre les tensions et les courants primaires et secondaires (10:1), Nous pouvons donc dire en règle générale que le rapport de transformation de tension et de courant est égal au rapport des spires d’enroulement entre primaire et secondaire.

transformateur abaisseur: (beaucoup de virages :quelques virages).,

l’effet step-up/step-down des rapports de rotation de bobine dans un transformateur est analogue aux rapports de dent d’engrenage dans les systèmes d’engrenages mécaniques, transformant les valeurs de vitesse et de couple de la même manière:

couple réduction train de vitesse étapes couple vers le bas, tout en progressant vitesse vers le haut.

Les transformateurs élévateurs et abaisseurs à des fins de distribution d’énergie peuvent être gigantesques proportionnellement aux transformateurs de puissance précédemment montrés, certaines unités étant aussi hautes qu’une maison., La photographie suivante montre un transformateur de sous-station d’environ douze pieds de hauteur:

Transformateur de sous-station.

examen:

  • Transformateurs « step up” ou « step down” tension selon les rapports de primaire à secondaire fil tourne.

  • Un transformateur conçu pour augmenter la tension du primaire au secondaire est appelé un transformateur élévateur de tension., Un transformateur conçu pour réduire la tension du primaire au secondaire est appelé un transformateur abaisseur.
  • Le rapport de transformation d’un transformateur sera égal à la racine carrée de son rapport d’inductance primaire à secondaire (L).

feuilles de calcul connexes:

  • feuille de calcul des transformateurs D’isolement, abaisseurs et élévateurs

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