Comment dépanner et tester un transformateur ?

Comment dépanner et tester un transformateur ?

transformateur

Figure 1 : Transformateur

Les transformateurs jouent un rôle essentiel dans les appareils électriques. Ces dispositifs suivent le principe de l'adaptation d'impédance pour transférer efficacement la puissance d'un circuit à un autre tout en réduisant les pertes. Cependant, un défaut dans ces transformateurs peut entraîner des problèmes critiques pour le fonctionnement du système. Pour éviter ces risques de dommages ou de dysfonctionnement, il est recommandé de suivre correctement le programme d'entretien. Cet article fournit une procédure simplifiée pour dépanner et tester un transformateur.

Table des matières

Causes des problèmes de qualité des transformateurs

Plusieurs facteurs peuvent causer des problèmes de transformateur. Pour tester un transformateur, il faut identifier les problèmes courants et leurs causes profondes. Ensuite, la bonne solution de réparation peut être mise en œuvre. Voici quelques problèmes courants de transformateurs et leurs causes à garder à l'esprit lors du dépannage ou du remplacement d'un transformateur :

Surchauffe

  • Panne d'isolation : Les températures élevées peuvent provoquer une rupture d'isolation, ce qui entraîne une défaillance de l'isolation. Il peut également créer des conditions d'arc électrique qui endommagent les connecteurs et les noyaux. On parle d'arc électrique lorsqu'une partie d'un conducteur fond et se vaporise. Lorsque le conducteur se refroidit, il se contracte et crée un arc électrique. La surchauffe peut se produire lorsque des tensions élevées circulent dans des fils ou des conducteurs - comme c'est le cas pour les transformateurs en cas de court-circuit ou de défaut de mise à la terre.
  • Interférences électromagnétiques : L'échauffement plus important causé par l'arc électrique augmentera les interférences électromagnétiques et les tensions électrostatiques dans le transformateur. Les interférences électromagnétiques peuvent être causées par la commutation de courants à haute fréquence, qui excitent le noyau du transformateur. L'interférence entraîne une perturbation du champ électromagnétique et s'accompagne souvent de tensions électrostatiques.
  • Défaillance d'un composant du transformateur : Lorsqu'un transformateur surchauffe, le noyau peut se fragiliser, l'huile isolante peut se dessécher et se fissurer, et les enroulements peuvent supporter des courants excessifs et fondre. En outre, la tension de fonctionnement est plus élevée que d'habitude. Cela provoque des contraintes de courant élevées, entraînant la défaillance précoce de composants tels que les bagues et les blocs de connexion. Lisez notre article sur les transformateurs électriques pour plus d'informations sur les différents types de noyaux de transformateurs.

Harmoniques

Les harmoniques sont des perturbations simultanées des enroulements primaires et secondaires. La formation d'un arc dans le circuit magnétique peut provoquer des interférences électromagnétiques et des tensions électrostatiques. Ils se produisent principalement en raison de défauts dans le circuit d'adaptation d'impédance, ce qui entraîne une perte des courants primaire et secondaire (résultant d'un défaut actif ou de court-circuit). Un circuit d'adaptation d'impédance est un circuit électronique qui détecte et compense les variations de réactance résistive, inductive et capacitive du transformateur. Il minimise également les pertes dues aux interférences électromagnétiques et peut réduire les courants de pointe induits par les harmoniques.

Surcharge de travail

La surcharge peut entraîner des pannes électriques. Les niveaux de tension et de courant créés par la surcharge peuvent entraîner un échauffement excessif d'un transformateur. La surcharge se produit lorsque l'alimentation électrique ne fournit pas une capacité suffisante pour faire passer le courant nécessaire dans un transformateur. Pour s'assurer qu'un transformateur ne sera pas surchargé, il faut calculer la capacité requise du transformateur. Les pertes causées par la surcharge peuvent augmenter la tension de l'alimentation électrique, ce qui réduit l'efficacité du système et provoque une surchauffe. Lisez notre article sur le dimensionnement et le calculateur de transformateurs pour plus d'informations sur le calcul de la puissance et de la capacité d'un transformateur.

Déséquilibre

Un transformateur peut être déséquilibré dans deux conditions :

  • Transformateur surchargé : La surcharge se produit lorsque le courant dans une section du transformateur est beaucoup plus élevé que dans les autres. Elle peut provoquer des températures élevées et des pertes excessives dans l'isolation, les bornes et les enroulements. Lorsque le transformateur est surchargé, il peut générer des interférences électromagnétiques et des tensions électrostatiques.
  • Transformateur sous-chargé : Un transformateur sous-chargé est susceptible de subir une panne en raison d'une puissance de repos insuffisante ou d'une perte de puissance à des charges élevées. Un transformateur est sous-chargé lorsque la charge devient trop faible pour maintenir la quantité d'énergie dont l'appareil a besoin. Dans certains cas, les enroulements et les bobines peuvent être à l'abri des dommages.

Comment tester un transformateur

Qu'il s'agisse de dépanner un transformateur ou de le remplacer, savoir comment le tester fait partie intégrante du processus. Les trois principaux tests utilisés pour déterminer l'état d'un transformateur sont le test en circuit ouvert, le test en court-circuit et les mesures de la résistance des enroulements.

Essai en circuit ouvert

La configuration des connexions pour l'essai en circuit ouvert d'un transformateur est illustrée à la figure 2. Les différents composants utilisés sont :

  • B : Autotransformateur
  • V : Voltmètre
  • W : Wattmètre
  • A : Ampèremètre
  • T : Transformateur sous test

Un autotransformateur est un type spécial de transformateur avec un seul enroulement et est très efficace pour produire une tension régulée. La sortie d'un autotransformateur peut être prélevée en différents points pour produire des tensions variées. L'autotransformateur est connecté à une source de tension alternative, comme le montre la figure 2. La sortie de l'autotransformateur est prise et connectée aux extrémités d'un voltmètre. Ensuite, effectuez les étapes suivantes :

  1. Maintenez le côté secondaire du transformateur testé en circuit ouvert.
  2. Augmentez lentement la tension appliquée au niveau du primaire jusqu'à ce qu'elle atteigne la tension nominale du transformateur. Continuez à vérifier le voltmètre pendant cette phase.
  3. Une fois que la tension nominale est atteinte (comme indiqué sur l'étiquette du transformateur), enregistrez les lectures des trois instruments, à savoir le voltmètre, l'ampèremètre et le wattmètre.

L'ampèremètre donne la valeur du courant à vide (car le secondaire est laissé en circuit ouvert). La lecture du voltmètre est égale à la tension induite sur le côté secondaire du transformateur. La lecture du wattmètre donne la valeur de la puissance d'entrée pendant l'essai. Comme le transformateur est en circuit ouvert, il n'y a pas de circulation de courant sur le côté secondaire. Le wattmètre indique donc l'ampleur des pertes dans le noyau et des pertes dans le cuivre qui se produisent dans le transformateur. Le courant à vide est beaucoup plus faible que le courant à pleine charge du transformateur ; par conséquent, la perte de cuivre due au courant à vide peut être négligée. Par conséquent, un essai en circuit ouvert donne l'ampleur des pertes dans le noyau du transformateur. La magnitude de la perte dans le noyau peut être utilisée pour déterminer s'il y a des problèmes dans le noyau magnétique du transformateur.

Transformateur d'essai en circuit ouvert

Figure 2 : Transformateur d'essai en circuit ouvert

Test de court-circuit

La configuration des connexions pour un essai de court-circuit est donnée à la figure 3. Les différents composants utilisés sont :

  • B : Autotransformateur
  • V : Voltmètre
  • W : Wattmètre
  • A : Ampèremètre
  • T : Transformateur sous test

Effectuez les étapes suivantes pour tester le transformateur :

  1. Court-circuitez le côté secondaire du transformateur.
  2. Appliquez une basse tension de 7 à 10 % de la tension nominale du transformateur au niveau du primaire à l'aide d'un autotransformateur (figure 3 étiquetée B). La sortie d'un autotransformateur peut être prise en différents points pour obtenir des tensions différentes.
  3. Augmentez lentement la tension appliquée jusqu'à ce que l'ampèremètre (Figure 3 étiqueté A) et le wattmètre (Figure 3 étiqueté W) donnent une lecture égale au courant nominal du transformateur.
  4. Notez les lectures sur le voltmètre, l'ampèremètre et le wattmètre.

La lecture de l'ampèremètre donne l'équivalent côté primaire du courant de pleine charge du transformateur. Comme la tension appliquée est très faible par rapport à la tension nominale du transformateur, les pertes dans le noyau peuvent être considérées comme négligeables. C'est pourquoi un test de court-circuit mesure la perte de cuivre dans un transformateur. La valeur de la perte de cuivre peut être utilisée pour déterminer s'il y a un problème avec les enroulements du transformateur.

Un transformateur d'essai de court-circuit

Figure 3 : Un transformateur d'essai de court-circuit

Mesure de la résistance

La mesure de la résistance de l'enroulement d'un transformateur est essentielle pour calculer les pertes I2R dans le transformateur. La valeur de la résistance peut également être utilisée comme mesure pour diagnostiquer d'éventuels dommages.

Une méthode simple pour mesurer la résistance du transformateur est illustrée à la figure 4 :

  • T : Transformateur en cours de test. Il a une inductance effective et une valeur de résistance (à calculer pendant l'essai)
  • R : Une résistance externe de valeur connue
  • V : Voltmètre
  • A : Ampèremètre
  • DC : Source de tension CC

Une valeur de courant continu connue est appliquée au circuit, initiant un flux de courant. La chute de tension et le courant d'essai sont mesurés, et la résistance est calculée. Lisez notre article sur les transformateurs basse tension pour savoir comment tester un transformateur à l'aide d'un multimètre.

Mesure de la résistance

Figure 4 : Mesure de la résistance

Comprendre les paramètres des transformateurs

Avant de mesurer les paramètres d'un transformateur, vous devez d'abord déterminer ce que vous devez mesurer. Voici quelques termes que vous rencontrerez :

Courant primaire

Le courant primaire est la sortie directe des enroulements primaires et indique généralement le bon fonctionnement du transformateur. Une augmentation implique que plus de puissance est transférée à travers l'enroulement secondaire et indique un transformateur approprié. Une diminution du courant primaire peut également signifier qu'un circuit d'adaptation d'impédance défectueux ou mal configuré est en jeu.

Tension secondaire

La tension secondaire est la sortie de l'enroulement secondaire et est généralement une indication de l'état du câblage et de l'isolation du circuit secondaire. Une valeur faible indique, entre autres, un circuit d'adaptation d'impédance mal configuré. Une valeur élevée peut indiquer une contamination due à la formation d'un arc électrique ou à un court-circuit par des blocages ou des courts-circuits, entre autres.

Inductance de fuite

L'inductance de fuite est la quantité de courant qui peut circuler dans l'enroulement lorsqu'aucune tension n'est appliquée. Une inductance de fuite élevée peut provoquer un court-circuit du transformateur à des fréquences élevées. Ces transformateurs fonctionnent principalement dans des applications de court-circuitage pour fournir des impulsions de mise à feu plus rapides, comme les dispositifs à détonation contrôlée (CDD) et les effets capacitifs.

Capacité de l'enroulement

La capacité de l'enroulement correspond à la quantité de courant et de tension nécessaire pour charger et décharger le secondaire à travers le circuit. La quantité supplémentaire de courant et de tension nécessaire pour maintenir l'enroulement dépend de la présence ou non d'une résistance importante dans le circuit. Une valeur de capacité élevée peut faire en sorte que votre transformateur fonctionne à des fréquences plus élevées et atteigne la saturation à des tensions plus faibles.

Test de montée en température des transformateurs

Le paramètre le plus courant à vérifier est le facteur de puissance de sortie lors du test d'un transformateur. Le facteur de puissance de sortie est un rapport entre les tensions d'entrée et de sortie qui évalue la puissance réelle absorbée par la charge. Il permet de déterminer les performances d'un transformateur et de savoir s'il fonctionne efficacement selon les spécifications du fabricant.

Méthode de la charge réelle

Ce test fonctionne mieux sur les transformateurs de faible capacité. Il mesure le facteur de puissance à la valeur réelle de la charge. La charge doit avoir une impédance élevée et une réactance très faible pour que ce test fonctionne correctement.

Méthode de chargement en arrière

Ce test permet de mesurer le facteur de puissance à vide. Elle fournit une bonne approximation des transformateurs à haute capacité et est plus fiable que la méthode de la charge réelle.

Méthode de la charge équivalente

Ce test permet de mesurer l'augmentation de la température des enroulements d'un transformateur. Il utilise un courant de court-circuit calculé pour mesurer le facteur de puissance à des exigences de puissance équivalentes. Il est essentiel de tester les transformateurs utilisés dans les applications industrielles où la tension alternative peut être assez élevée.

Autres essais de transformateurs

Il existe de nombreux tests permettant de mesurer la résistance d'un transformateur afin de détecter et de diagnostiquer les pannes ou les problèmes. Ces tests ne sont pas considérés comme des tests spécifiques par un technicien mais font surtout partie du programme global de maintenance et de test du transformateur. Il s'agit notamment du test de perte sans charge (NLTL), qui vérifie la sortie du transformateur à des valeurs sans charge. Aucun autre test ne permet de vérifier la quantité de perte de puissance dans un transformateur de manière plus précise que cette méthode.

FAQs

Quelles sont les utilisations des transformateurs ?

Les transformateurs sont utilisés pour la transformation de la tension et du courant, en fonction de l'électricité utilisée dans les réseaux électriques. Ils peuvent servir de transformateurs d'isolement, d'autotransformateurs, d'abaisseurs de tension et de transformateurs élévateurs.

Qu'est-ce qui provoque la combustion d'un transformateur ?

Les transformateurs brûlent en raison d'une surchauffe causée par un flux de courant excessif ou des courts-circuits. Ces conditions peuvent être dues, entre autres, à de mauvaises connexions et à des connexions desserrées dans le circuit.

Que faire lorsqu'un transformateur brûle ?

Veuillez ne pas vous en approcher, car il pourrait exploser. Retirez tous les matériaux combustibles qui se trouvent à proximité, puis attendez l'arrivée des pompiers pour éteindre la flamme.