Qu'est-ce qu'un transformateur CA
Un transformateur est un appareil électrique qui transfère l'énergie électrique d'un circuit à courant alternatif vers un ou plusieurs autres circuits, également utilisé principalement pour augmenter ou diminuer la tension. Un transformateur est constitué de deux bobines électriquement isolées qui fonctionnent selon le principe de Faraday d'induction mutuelle. Au cours de ce processus, une force électromotrice est induite dans la bobine secondaire du transformateur par un changement dans le flux magnétique circulant dans l'enroulement de la bobine primaire.
Avantages du transformateur CA
Isolement et productivité
Le transformateur conventionnel a une conception simple basée sur l’efficacité. De plus, il assure également une isolation galvanique, car les deux enroulements n’ont aucune connexion électrique entre eux. Il transfère également toute l’énergie à un transformateur lors du processus de couplage magnétique.
La structure de base des transformateurs conventionnels est restée la même au cours des dernières décennies, mais les progrès de la technologie des matériaux ont entraîné des densités de saturation plus élevées et des pertes par hystérésis plus faibles dans les transformateurs, ce qui a permis d'obtenir un rendement d'environ 97 pour cent, même pour les transformateurs les plus efficaces.
Transport et distribution d'énergie
Les transformateurs CA sont considérés comme l’un des composants les plus importants du système électrique, qui comprend la production, le transport et la distribution d’électricité. Les transformateurs permettent de distribuer l’énergie électrique sur de grandes distances à un coût raisonnable.
Les transformateurs de puissance assurent une transmission de puissance très efficace et sur de longues distances, ce qui contribue à augmenter la tension à un niveau plus élevé à la sortie. Le système de distribution est utilisé par les transformateurs de distribution pour abaisser la haute tension.
Augmenter et diminuer la tension et le courant
Les transformateurs sont des composants importants dans les systèmes de distribution d'énergie et d'électronique de puissance. Ils peuvent réduire la haute tension lors du transport dans les sous-stations et augmenter la quantité de courant requise par les utilisateurs finaux.
Efficacité en termes de coûts
Pour le changement de niveau de tension et l'isolation, un transformateur conventionnel constitue une excellente alternative à un transformateur à faible coût et à haut rendement qui n'a pas un coût global de transformateur élevé.
Large gamme d'applications
L'efficacité des différents types de transformateurs, en termes de puissance, de distribution, de potentiel et d'isolation, est presque la même. Ils travaillent tous sur le même concept, même s’ils ont des applications différentes.
Lié inversé
Généralement, les transformateurs CA peuvent être reliés en inverse, ce qui signifie que le même transformateur peut être câblé en élévateur ou en abaisseur, selon la manière dont il est installé par le fabricant. Le fabricant doit permettre et préciser cette capacité de réversibilité.
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Types de transformateurs CA
Transformateurs avec fonction élévatrice et abaisseur
Les transformateurs élévateurs convertissent la basse tension (BT) et le courant élevé du côté primaire du transformateur en haute tension (HT) et le faible courant du côté secondaire. Les transformateurs abaisseurs convertissent la haute tension (HT) et le faible courant en basse tension (BT) et en courant élevé du côté secondaire.
Transformateurs monophasés et triphasés
Les transformateurs monophasés sont moins rentables que les systèmes électriques triphasés. Cependant, lorsque l'espace est restreint, un banc de trois transformateurs monophasés est préférable à un seul transformateur triphasé car il est plus facile à transporter.
Transformateurs pour l'électricité, la distribution et l'instrumentation
Les transformateurs de puissance sont souvent utilisés pour augmenter ou diminuer le niveau de tension dans les réseaux de transport. Il est plus efficace à pleine charge ou presque ; ainsi, il est principalement utilisé à des charges élevées ou de pointe.
Un transformateur de distribution réduit la tension pour la distribution aux consommateurs domestiques ou commerciaux. Il offre un superbe contrôle de tension et fonctionne 24 heures sur 24 à 50 % de sa pleine charge pour une efficacité optimale.
Les transformateurs d'instrument diminuent les tensions et les courants importants à des valeurs inférieures à celles que les instruments ordinaires peuvent surveiller.
Autotransformateurs à deux enroulements
Lorsque le rapport entre les côtés haute et basse tension est supérieur à 2, un transformateur à deux enroulements est souvent utilisé. L’utilisation d’un autotransformateur est plus rentable lorsque le rapport entre les côtés haute et basse tension est inférieur à 2.
Transformateurs refroidis à l'huile et de type sec
Cette catégorie comprend le système de refroidissement du transformateur. L'huile de transformateur est utilisée pour refroidir les transformateurs refroidis à l'huile. Dans le transformateur de type sec, le refroidissement par air est utilisé.
Transformateurs à air
Les transformateurs à noyau d'air comportent deux bobines ou plus enroulées dans un matériau isolant solide ou en forme de bobine isolante (c'est-à-dire les courants nécessaires à la transmission radio) pour transférer les courants radiofréquence. Les transformateurs à noyau de fer offrent des fonctions similaires dans la gamme de fréquences audio.
Pièces du transformateur AC
Cœur
Les enroulements sont maintenus en place par le noyau du transformateur. Le noyau est constitué de fer doux, ce qui contribue à réduire les pertes par courants de Foucault et par hystérésis tout en fournissant également un canal à faible résistance pour le passage du flux magnétique. La perte de cuivre est directement proportionnelle au diamètre du noyau du transformateur, tandis que la perte de fer est inversement proportionnelle.
Conservateur
L'huile du transformateur est stockée dans la véranda, avec un fût cylindrique en fer hermétique installé au-dessus du transformateur. Il est doté d'un évent supérieur et n'est rempli qu'à moitié d'huile pour permettre les fluctuations de température. Cependant, le réservoir principal est rempli de fioul, relié à la véranda par un conduit.
Tubes de refroidissement
L'huile du transformateur est refroidie à l'aide de tubes de refroidissement. L'huile peut circuler naturellement ou artificiellement à l'intérieur du transformateur. Lorsque la température de l'huile augmente, l'huile chaude augmente et l'huile froide tombe naturellement dans la circulation naturelle ; cependant, une pompe sans fin est utilisée en circulation forcée.
Matériaux isolants
Les enroulements primaires et secondaires ainsi que le noyau du transformateur sont isolés à l'aide de matériaux isolants comme le papier et le carton en raison de leur conductivité et de leur flexibilité élevées. Une conductivité élevée réduit la quantité de cuivre requise tout en réduisant également les pertes. De plus, la ductilité élevée permet aux conducteurs d'être facilement pliés en enroulements serrés autour du noyau, réduisant ainsi l'utilisation de cuivre et le volume d'enroulement.
Reniflard
Le reniflard est un récipient cylindrique rempli de gel de silice qui maintient l'air entrant dans le réservoir sec. En effet, l’humidité peut perturber l’isolation et produire des défauts internes lorsque l’huile isolante interagit avec elle. Le reniflard retient l'humidité de l'air. Les cristaux de silice contenus dans le reniflard absorbent l'humidité de l'air lorsqu'elle les traverse.
Enroulements
Les enroulements sont constitués de plusieurs tours de bobines de cuivre, qui sont regroupés et assemblés pour former un enroulement complet. L'alimentation entrée-sortie ou la plage de tension peut être utilisée pour enrouler les bobines. Les enroulements primaires et secondaires, qui sont les enroulements auxquels les tensions d'entrée et de sortie sont appliquées, sont inclus dans les enroulements d'alimentation. En fonction de leur plage de tension, les enroulements peuvent être classés en haute ou basse tension.
Huile de transformateur
Le noyau et les serpentins isolent et refroidissent l'huile. Le noyau et les enroulements doivent être complètement immergés dans l'huile minérale.
Changeur de robinet
Les changeurs de prises sont utilisés pour compenser les changements de tension dans le transformateur. Il existe des changeurs de prises en charge et en décharge. Les changeurs de prises en charge permettent de modifier les prises sans débrancher le transformateur de l'alimentation ; cependant, les changeurs de prises de décharge nécessitent que le transformateur soit détaché.
Relais Buchholz
Le relais Buchholz détecte les défauts du transformateur en étant installé au-dessus de la ligne de connexion qui va du réservoir principal au réservoir du conservateur. Il est alimenté par les gaz générés par la panne de l’huile du transformateur lors de problèmes internes. De ce fait, ce gadget détecte les défauts internes du transformateur, permettant ainsi de le protéger.
Évent d'explosion
L'huile bouillante dans le transformateur est éjectée par l'évent d'explosion lors de défauts internes, empêchant ainsi l'explosion du transformateur. Celui-ci est généralement positionné au-dessus du niveau du réservoir du conservateur.
Quelles sont les principales utilisations des transformateurs
Transport et distribution d'énergie
Les transformateurs sont largement utilisés dans les systèmes électriques. Dans les centrales électriques, les grands générateurs génèrent du courant alternatif haute tension. Afin de transmettre l’énergie aux utilisateurs distants, des transformateurs sont nécessaires pour convertir la haute tension en basse tension afin de réduire la perte des lignes de transmission. De plus, dans le processus de distribution du réseau électrique, la puissance à haute tension doit être encore réduite pour répondre aux besoins des différents types d'utilisateurs.
Alimentation pour équipements électroniques
Les transformateurs sont également couramment utilisés pour fournir l’énergie basse tension requise par divers appareils électroniques. À l’intérieur des équipements électroniques, tels que les ordinateurs, les téléviseurs et les chaînes stéréo, une alimentation basse tension stable est nécessaire pour fonctionner. Les transformateurs peuvent convertir l’énergie haute tension fournie par le réseau électrique public en énergie basse tension adaptée à ces appareils.
Système d'éclairage
Les transformateurs sont indispensables dans les systèmes d'éclairage urbains et ruraux. Les transformateurs sont utilisés pour réduire le niveau de compression de puissance requis par les systèmes d'éclairage afin de répondre à différents types de lampes et de besoins d'éclairage. Ces transformateurs sont généralement installés dans des endroits tels que les lampadaires, les bâtiments et les lieux publics pour offrir aux personnes des conditions d'éclairage sûres et fiables.
Équipement industriel
Divers équipements industriels nécessitent généralement des alimentations de différentes tensions. Les transformateurs peuvent convertir une tension en une autre selon les besoins. Par exemple, les gros équipements mécaniques nécessitent généralement une alimentation en tension plus élevée, et les transformateurs peuvent convertir les niveaux de tension courants (tels que 220 V ou 380 V) en hautes tensions qui répondent aux besoins de l'équipement.
Réglage de la charge de puissance
Dans le système électrique, la charge fait référence à l’énergie électrique requise par l’équipement électrique connecté au système. Des transformateurs peuvent être utilisés pour ajuster la charge. S’adapter à la demande d’énergie à différents moments et lieux. Par exemple, pendant les heures de pointe, les transformateurs peuvent transférer l’énergie électrique des zones à faible charge vers les zones à forte charge pour répondre aux besoins des utilisateurs.
Système de transport
Les transformateurs sont également largement utilisés dans les systèmes de transport tels que l'électricité, les trains et les métros. Dans le système électrique, les transformateurs sont utilisés pour transformer la tension afin de répondre aux besoins de transmission d’énergie et d’alimentation électrique sur de longues distances. Dans les systèmes de train et de métro, les transformateurs sont utilisés pour convertir l’énergie électrique fournie par le réseau électrique en énergie électrique adaptée à l’alimentation des trains.
Convertisseur de fréquence
Les transformateurs sont également couramment utilisés dans les convertisseurs de fréquence. Les convertisseurs de fréquence sont un appareil qui convertit le courant alternatif en courant alternatif à fréquence variable. Les convertisseurs de fréquence sont généralement utilisés pour contrôler le fonctionnement des moteurs, ce qui permet d'ajuster la vitesse et le couple des moteurs. Ils sont largement utilisés dans les climatiseurs, les pompes à eau, les systèmes d'entraînement motorisés et dans d'autres domaines.
Mécanisme d’auto-attention
L’élément clé des transformateurs est le mécanisme d’auto-attention. L'attention personnelle permet au modèle de peser l'importance des différents mots dans une phrase lors de son codage ou de son décodage. Chaque mot de la séquence d'entrée est associé à trois vecteurs : le vecteur de requête, le vecteur clé et le vecteur de valeur. Ces vecteurs sont utilisés pour calculer les scores d’attention qui déterminent le niveau d’attention qui doit être accordé à chaque mot lors du traitement d’un mot particulier.
Attention multi-têtes
Pour améliorer les performances d'auto-attention, les transformateurs utilisent plusieurs ensembles de vecteurs de requêtes, de clés et de valeurs appelés « têtes ». En utilisant plusieurs têtes d'attention, le modèle peut apprendre différentes relations entre les mots en parallèle et les combiner pour capturer des modèles plus complexes.
Encodage positionnel
Étant donné que les transformateurs ne comprennent pas intrinsèquement l'ordre des mots dans une séquence, un codage de position est ajouté aux incorporations d'entrée pour fournir des informations sur la position de chaque mot dans la séquence. Cela permet au modèle de différencier les mots en fonction de leur position.
Réseaux de neurones à action directe
Les transformateurs incluent également des réseaux neuronaux à action directe après les couches d'auto-attention. Ces réseaux sont constitués de couches entièrement connectées avec des fonctions d'activation telles que ReLU (Rectified Linear Unit) et sont appliqués indépendamment à chaque position de la séquence.
Architecture codeur-décodeur
Dans des tâches telles que la traduction automatique, les transformateurs utilisent une architecture codeur-décodeur. L'encodeur traite la séquence d'entrée, tandis que le décodeur génère la séquence de sortie. Le décodeur comprend également un mécanisme d'attention supplémentaire qui l'aide à se concentrer sur les parties pertinentes de la séquence d'entrée lors de la génération de la sortie.
Entraînement
Les transformateurs sont formés à l'aide d'algorithmes de rétropropagation et d'optimisation comme Adam pour minimiser une fonction de perte, généralement une entropie croisée dans les tâches PNL. Pendant la formation, le modèle apprend à ajuster les poids de ses paramètres pour faire des prédictions précises.
Perfectionnement et transfert d’apprentissage
Les transformateurs peuvent être réglés avec précision sur des tâches spécifiques avec des quantités relativement faibles de données spécifiques à une tâche, ce qui les rend très polyvalents. Les techniques d'apprentissage par transfert, telles que le pré-entraînement sur un vaste corpus de données textuelles suivi d'un réglage fin sur un ensemble de données plus petit pour une tâche spécifique, se sont révélées particulièrement efficaces en PNL.
Lors de l’achat d’un transformateur – Éléments à considérer
Les transformateurs sont principalement utilisés pour modifier la tension de l’alimentation principale afin de répondre aux exigences indispensables. Différentes tensions peuvent être fournies par différents transformateurs ; mais une considération importante à prendre en compte lors de l’achat de transformateurs est la tension de l’alimentation principale. La tension d'entrée du transformateur à acheter dépend de l'alimentation principale, tandis que la tension de sortie dépend des besoins.
Les transformateurs peuvent également modifier la fréquence d'alimentation en tension. Ceci est particulièrement important lorsque l'équipement doit être utilisé dans un autre pays où l'alimentation principale a une fréquence différente.
Les transformateurs sont disponibles en monophasé et triphasé. Le nombre de phases varie en fonction des besoins. Les petites maisons et appartements nécessitent généralement des transformateurs monophasés ; tandis que les usines et les industries nécessitent des transformateurs triphasés car des équipements lourds sont utilisés ici.
Le type et la taille de la charge sont d’autres facteurs importants à prendre en compte lors du choix d’un transformateur.
Où comptez-vous installer le transformateur ? Le transformateur doit-il être installé à l’intérieur ou à l’extérieur ? Le transformateur doit-il être placé à proximité de produits chimiques ou d’autres substances dangereuses ? Tout cela doit être pris en compte. Si le transformateur doit être installé à l’extérieur ou à proximité de substances dangereuses, vous avez besoin d’un transformateur spécialement conçu pour résister à ces conditions difficiles.
Quelles sont les procédures courantes de maintenance des transformateurs
Inspection visuelle
L’inspection visuelle est l’une des procédures de maintenance des transformateurs les plus simples et les plus efficaces. Cela implique de vérifier l'état externe du transformateur, comme les traversées, le réservoir, le radiateur, les vannes, les jauges, les connexions et la mise à la terre. L'inspection visuelle peut révéler des signes de dommages physiques, de fuites d'huile, de corrosion, de surchauffe ou de pièces desserrées pouvant affecter les performances ou la sécurité du transformateur. L'inspection visuelle doit être effectuée au moins une fois par an ou plus fréquemment en fonction de l'environnement et des conditions d'exploitation.
Test d'huile
Une autre procédure courante de maintenance des transformateurs consiste à tester l’huile. L'huile est le principal moyen d'isolation et de refroidissement de la plupart des transformateurs, et sa qualité et son état peuvent affecter la fonctionnalité et la durée de vie du transformateur. Les tests d'huile peuvent mesurer divers paramètres de l'huile, tels que l'humidité, l'acidité, la rigidité diélectrique, les gaz dissous et les contaminants. Ces paramètres peuvent indiquer la présence de défauts, de dégradations ou de vieillissement du transformateur ou de ses composants. Les tests d'huile doivent être effectués au moins une fois tous les deux ans ou plus souvent s'il y a des signes de détérioration ou d'anomalie.
Mesure de la résistance des enroulements
La mesure de la résistance des enroulements est une procédure de maintenance du transformateur qui permet d'évaluer l'intégrité et la continuité des enroulements du transformateur. Les enroulements sont les bobines de conducteurs qui transportent le courant électrique et génèrent le champ magnétique dans le transformateur. La mesure de la résistance des enroulements peut détecter des problèmes tels que des connexions desserrées, des brins cassés, des courts-circuits ou des circuits ouverts pouvant entraîner des pertes, des inefficacités ou des pannes dans le transformateur. La mesure de la résistance des enroulements doit être effectuée chaque fois que le transformateur est déconnecté ou reconnecté au système électrique.
Test de rapport de rotation
Le test du rapport de transformation est une procédure de maintenance du transformateur qui permet de vérifier le rapport de transformation de tension du transformateur. Le rapport de transformation de tension est le rapport entre le nombre de spires de l'enroulement primaire et le nombre de spires de l'enroulement secondaire. Il détermine dans quelle mesure la tension est augmentée ou diminuée par le transformateur. Le test du rapport de transformation peut détecter des erreurs ou des écarts dans le rapport de transformation pouvant résulter de dommages à l'enroulement, d'un dysfonctionnement du changeur de prises ou d'une saturation du noyau. Le test du rapport de transformation doit être effectué chaque fois que le transformateur est entretenu ou déplacé.
Test de résistance d'isolation
Le test de résistance d'isolement est une procédure de maintenance du transformateur qui permet d'évaluer la qualité et l'état du système d'isolation du transformateur. Le système d'isolation est constitué d'huile, de papier et d'autres matériaux qui isolent les enroulements et le noyau les uns des autres et du sol. Le test de résistance d'isolation peut mesurer la résistance du système d'isolation au flux de courant électrique. Une faible résistance indique un courant de fuite élevé, susceptible de provoquer une surchauffe, des arcs électriques ou une rupture de l'isolation. Le test de résistance d'isolement doit être effectué chaque fois que le transformateur est hors tension ou sous tension.
Analyse des gaz dissous
L'analyse des gaz dissous est une procédure de maintenance du transformateur qui permet d'identifier et de diagnostiquer les défauts du transformateur en analysant les gaz dissous dans l'huile. Des défauts tels qu'une surchauffe, des arcs électriques, des étincelles ou une décharge partielle peuvent générer différents types de gaz, tels que l'hydrogène, le méthane, l'éthylène, l'acétylène ou le monoxyde de carbone. L'analyse des gaz dissous peut mesurer la concentration et la composition de ces gaz et déterminer le type, l'emplacement et la gravité du défaut. L'analyse des gaz dissous doit être effectuée régulièrement ou chaque fois qu'il y a une suspicion d'un défaut dans le transformateur.
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