Comment dépanner et tester un 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, une défaillance 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 calendrier d'entretien. Cet article illustre la procédure à suivre pour le dépannage et le test des transformateurs.

Table des matières

• Causes des problèmes de qualité des transformateurs
• Comment tester un transformateur
• Comprendre les paramètres des transformateurs
• Test de montée en température des transformateurs
• Autres essais de transformateurs
• FAQ

Causes des problèmes de qualité des transformateurs

Plusieurs facteurs peuvent entraîner la défaillance d'un transformateur. Pour vérifier si un transformateur est défectueux, il est important de se familiariser avec les symptômes courants de défaillance des transformateurs, tels que la surchauffe, la rupture de l'isolation et les bruits de ronronnement. Pour tester un transformateur, il convient d'identifier les problèmes courants et leurs causes profondes. La solution de réparation adéquate peut alors être mise en œuvre. Voici quelques problèmes courants liés aux 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 de l'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 les fils ou les conducteurs, comme c'est le cas pour les transformateurs en cas de court-circuit ou de défaut de mise à la terre.

• Interférence électromagnétique : L'échauffement provoqué par l'arc électrique augmente 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 devenir cassant, 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. Il en résulte des contraintes de courant élevées, qui entraînent la défaillance précoce de composants tels que les bagues et les blocs de jonction. 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'arcs dans le circuit magnétique peut provoquer des interférences électromagnétiques et des tensions électrostatiques. Ils sont principalement dus à des défauts dans le circuit d'adaptation d'impédance, entraînant la perte des courants primaire et secondaire (résultant d'un défaut actif ou d'un 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 pics de courant induits par les harmoniques.

Surcharge

Une surcharge peut entraîner des pannes électriques. Les niveaux de tension et de courant créés par la surcharge peuvent entraîner un échauffement excessif du transformateur. Il y a surcharge lorsque l'alimentation électrique ne fournit pas une capacité suffisante pour faire passer le courant nécessaire à travers un transformateur. Pour s'assurer qu'un transformateur ne sera pas surchargé, il convient de calculer la capacité requise du transformateur. Les pertes causées par la surcharge peuvent augmenter la tension d'alimentation, ce qui réduit l'efficacité du système et provoque une surchauffe. Lisez notre article sur le dimensionnement et le calculateur de transformateur 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 : Il y a surcharge lorsque le courant dans une section du transformateur est beaucoup plus élevé que dans d'autres zones. Il 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 en sous-charge lorsque la charge devient trop faible pour maintenir la quantité d'énergie dont l'unité a besoin. Dans certains cas, les enroulements et les bobines peuvent être protégés contre les dommages.

Comment tester un transformateur

Qu'il s'agisse de dépanner un transformateur ou de le remplacer, savoir comment tester un transformateur 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 la mesure de la résistance des enroulements.

Test en circuit ouvert

Le schéma de connexion pour l'essai en circuit ouvert d'un transformateur est illustré à la figure 2. Les différents composants utilisés sont les suivants :

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

Un autotransformateur est un type particulier de transformateur à enroulement unique, 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. Effectuez ensuite les étapes suivantes :

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

L'ampèremètre donne la valeur du courant à vide (le côté secondaire étant 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 le test. Le transformateur étant en circuit ouvert, aucun courant ne circule du 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 test en circuit ouvert donne l'ampleur des pertes dans le noyau du transformateur. La magnitude de la perte du noyau peut être utilisée pour déterminer s'il y a des problèmes dans le noyau magnétique du transformateur.

Test de court-circuit

La configuration de connexion pour un test de court-circuit est présentée à la figure 3. Les différents composants utilisés sont les suivants :

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

Effectuez les étapes suivantes pour tester le transformateur :

1. Court-circuit du côté secondaire du transformateur.
2. Appliquer une basse tension de 7 à 10 % de la tension nominale du transformateur du côté primaire à l'aide d'un autotransformateur (figure 3 étiquetée B). La sortie d'un autotransformateur peut être prélevée en divers points pour obtenir différentes tensions.
3. Augmentez lentement la tension appliquée jusqu'à ce que l'ampèremètre (figure 3 étiquetée A) et le wattmètre (figure 3 étiquetée W) donnent une lecture égale au courant nominal du transformateur.
4. Notez les relevés du voltmètre, de l'ampèremètre et du 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. Par conséquent, 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.

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.

La figure 4 présente une méthode simple pour mesurer la résistance du transformateur :

• T : Transformateur en cours de test. Il possède 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 continue

Une valeur connue de courant continu est appliquée au circuit, ce qui déclenche 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 avec un multimètre.

Comprendre les paramètres des transformateurs

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

Courant primaire

Le courant primaire est la sortie directe des enroulements primaires et indique généralement les performances du transformateur. Une augmentation signifie qu'une plus grande 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 cause.

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, que le circuit d'adaptation d'impédance est mal configuré. Une valeur élevée peut indiquer une contamination due à un arc électrique ou à un court-circuit causé 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 entraîner un court-circuit du transformateur à haute fréquence. Ces transformateurs sont principalement utilisés dans les applications de court-circuitage afin de fournir des impulsions de tir plus rapides, telles que les dispositifs à détonation contrôlée (CDD) et les effets capacitifs.

Capacité d'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.

Essais de montée en température des transformateurs

Le paramètre le plus courant à vérifier est le facteur de puissance de sortie lors de l'essai 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 conformément aux 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 et de retour

Ce test permet de mesurer le facteur de puissance à vide. Elle fournit une bonne approximation des transformateurs de grande 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 court-circuité calculé pour mesurer le facteur de puissance à puissance équivalente. Il est essentiel de tester les transformateurs utilisés dans les applications industrielles où la tension alternative peut être très élevée.

Autres essais de transformateurs

Il existe de nombreuses méthodes de test des transformateurs pour mesurer la résistance d'un transformateur afin d'identifier et de diagnostiquer les défauts ou les problèmes. Ces tests ne sont pas considérés comme des tests spécifiques effectués par un technicien, mais font plutôt partie du programme général d'entretien et de test du transformateur. Il s'agit notamment de l'essai de perte à vide (NLTL), qui vérifie la sortie du transformateur à des valeurs à vide. Aucun autre test ne permet de vérifier avec autant de précision la perte de puissance dans un transformateur.

FAQ

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 systèmes électriques. Ils peuvent servir de transformateurs d'isolement, d'autotransformateurs, de réducteurs et de transformateurs élévateurs.

Qu'est-ce qui fait griller un transformateur ?

Les transformateurs grillent 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 lâches dans le circuit.

Que faire lorsqu'un transformateur brûle ?

Ne vous en approchez pas, car il pourrait exploser. Retirez les matériaux combustibles qui se trouvent à proximité et attendez que les pompiers viennent éteindre la flamme.