Définition de l’autotransformateur
L’autotransformateur a un seul enroulement sur un noyau de fer. L’une des bornes de la bobine est commune à l’entrée et à la sortie, et l’autre borne de sortie est mobile de sorte qu’elle puisse entrer en contact avec n’importe quel tour de l’enroulement.
Autotransformateur élévateur/abaisseur
Un autotransformateur peut être utilisé comme transformateur élévateur ou abaisseur. Comme un step-up, il est souvent appelé un boost, et comme un step-down, il est appelé une connexion buck. La figure 1 montre la représentation schématique de la connexion buck tandis que la figure 2 montre la connexion boost.
Principe de fonctionnement de l’autotransformateur
L’autotransformateur remplit une fonction similaire à celle du transformateur ordinaire pour augmenter ou abaisser la tension. Il consiste en un seul enroulement continu avec un robinet sorti en un point intermédiaire comme le montre la Fig.1. Les enroulements primaire et secondaire de l’autotransformateur étant connectés physiquement, la tension d’alimentation et de sortie n’est pas isolée l’une de l’autre.
Fig.1: Diagramme d’Autotransformateur
Lorsqu’une tension V1 est appliquée au primaire de l’autotransformateur, les tensions induites sont reliées par
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Négliger les chutes de tension dans les enroulements
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Lorsqu’une charge est connectée au secondaire de l’autotransformateur, un courant I2 circule dans le sens représenté à la Fig.1. Par la loi actuelle de Kirchhoff,
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Comme dans le transformateur ordinaire, les ampères-tours primaires et secondaires s’équilibrent, à l’exception du faible courant requis pour l’aimantation du noyau:
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L’équation 4 peut également s’écrire comme
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En substituant l’équation (5) à l’équation (3), le rapport du courant d’enroulement se trouve comme suit
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Dans un autotransformateur, la puissance totale transmise du primaire au secondaire ne traverse pas réellement l’ensemble de l’enroulement. Cela signifie qu’une plus grande quantité de puissance peut être transférée sans dépasser le courant nominal des enroulements du transformateur.
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De même, la puissance apparente de sortie est donnée par
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Cependant, la puissance apparente dans les enroulements du transformateur est
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Cette puissance est la composante de la puissance transférée par l’action du transformateur ou par induction électromagnétique.
La différence (S2-Sw) entre la puissance apparente de sortie et la puissance apparente dans les enroulements est la composante de la sortie transférée par conduction électrique. Ceci est égal à
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Avantages d’un Autotransformateur
Notez que si le rapport de tours du transformateur est important, la puissance nominale en tant qu’autotransformateur sera beaucoup plus grande que la puissance nominale en tant que transformateur conventionnel. Dans un transformateur conventionnel, toute la puissance est transformée, tandis que dans un autotransformateur, la majeure partie de la puissance est conduite à un potentiel élevé. En conséquence, un autotransformateur est beaucoup plus petit qu’un transformateur conventionnel de même puissance.
Les autres avantages d’un autotransformateur par rapport à un transformateur à deux enroulements sont:
- Moins cher
- Plus efficace, car les pertes restent les mêmes alors que la cote augmente par rapport à un transformateur conventionnel
- Courant d’excitation inférieur
- Meilleure régulation de tension
Inconvénients d’un Autotransformateur
Certains des inconvénients d’un transformateur les autotransformateurs sont:
- Courant de court-circuit plus important
- Aucune isolation n’existe entre les enroulements primaire et secondaire
- Seulement utile pour des changements de tension modérément plus petits
Applications de l’Autotransformateur
Les applications pratiques des autotransformateurs incluent:
- Ils sont généralement utilisés pour connecter des lignes de transmission de tensions légèrement différentes (p.ex., 115 kV et 138 kV ou 138 kV et 161 kV)
- Ils sont utilisés pour compenser les chutes de tension sur les circuits d’alimentation longs où il est important que chaque dispositif de charge reçoive la même tension (par exemple, sur les circuits d’éclairage d’aérodrome pour assurer une intensité de lampe uniforme)
- Ils offrent un contrôle de tension variable dans la configuration de laboratoire: lorsque nous déplaçons le contact coulissant, la quasi-totalité de la bobine peut devenir la bobine série. Par conséquent, la bobine entière doit être dimensionnée pour un courant maximal.
- Ils sont utilisés pour ajuster la tension de sortie du transformateur afin de maintenir la tension du système constante avec une charge variable.
Exemple d’autotransformateur
Un transformateur à deux enroulements monophasé de 10 kVA, 440/110 V, est connecté en tant qu’autotransformateur pour fournir une charge à 550 V à partir d’une alimentation de 440 V, comme indiqué ci-dessous. Calculez ce qui suit.
- Estimation de kVA en tant qu’autotransformateur
- puissance apparente transférée par conduction
- puissance apparente transférée par induction électromagnétique
Solution
Le transformateur monophasé à deux enroulements est reconnecté en tant qu’autotransformateur comme illustré à la Fig.2. Les valeurs de courant des enroulements sont données par
Fig.2: Exemple d’Autotransformateur
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À pleine charge ou charge nominale, les courants terminaux primaire et secondaire sont
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Par conséquent, l’estimation de kVA de l’autotransformateur est
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Notez que ce transformateur, dont la cote en tant que transformateur ordinaire à deux enroulements n’est que de 10 kVA, est capable de gérer 50 kVA en tant qu’autotransformateur. Cependant, tous les 50 kVA ne sont pas transformés par induction électromagnétique. Une grande partie est simplement transférée électriquement par conduction.
La puissance apparente transformée par induction est
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La puissance apparente transformée par conduction est
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