Courant d'appel du transformateur

Courant d'appel du transformateur

Transformateur

Figure 1 : Transformateur

Le courant d'appel du transformateur est le courant instantané tiré par l'enroulement primaire du transformateur lorsque celui-ci est initialement mis sous tension avec le côté secondaire laissé en circuit ouvert. Le courant d'appel, également appelé courant d'appel de magnétisation, est transitoire par nature et n'existe que pendant quelques millisecondes. Le courant d'appel est de deux à dix fois supérieur au courant nominal standard du transformateur. Cet article traite de la définition de base du courant d'appel du transformateur, de ses causes, de ses effets et de ses remèdes.

Table des matières

Qu'est-ce que le courant d'appel d'un transformateur ?

Le courant d'appel du transformateur est le courant instantané tiré par l'enroulement primaire du transformateur lorsque celui-ci est mis sous tension avec le côté secondaire laissé en circuit ouvert. Le côté secondaire d'un transformateur est alimenté uniquement par le flux magnétique provenant du côté primaire. Par conséquent, aucun courant ne circule dans les enroulements secondaires (donc en circuit ouvert pendant un très court instant) au moment où l'enroulement primaire du transformateur est alimenté.

Le courant d'appel ne crée pas de défaut permanent dans le transformateur. Pourtant, il provoque une commutation indésirable dans le disjoncteur (un interrupteur électrique conçu pour protéger un circuit électrique contre les dommages causés par un court-circuit ou une surintensité).

Pendant le courant d'appel, la valeur maximale atteinte par le flux magnétique est plus de deux fois supérieure au flux normal. L'intensité du courant d'appel (figure 2, repérée A) est de 2 à 10 fois supérieure à celle du courant de pleine charge du transformateur (figure 2, repérée B). Lestransformateurs toroïdaux qui utilisent moins de cuivre pour la même puissance peuvent avoir un courant d'appel jusqu'à 60 fois plus élevé.

Courant de pointe du transformateur (A) et courant en régime permanent (B)

Figure 2 : Courant de pointe du transformateur (A) et courant en régime permanent (B)

Comment calculer le courant d'appel du transformateur

Utilisez l'équation suivante pour calculer le courant d'appel dans un transformateur :

Ip = 1,414 Vm / R

  • Ip : Courant d'appel du transformateur
  • Vm : Valeur de crête de la tension appliquée
  • R : Résistance de l'enroulement CC

Exemple

Calculer le courant d'appel d'un transformateur de 100 kVA, 440 V, dont la résistance de l'enroulement en courant continu est de 0,5 ohm :

  • Vm = 440V
  • R= 0,5 ohms
  • Par conséquent, Ip = (1,414 × 440) / 0,5 = 1244,3 ampères

Courant de pleine charge du transformateur = (KVA × 1000) / Vm =227A.

Par conséquent, le courant d'appel du transformateur est environ six fois supérieur au courant de pleine charge.

Comment mesurer le courant d'appel d'un transformateur

Une pince de mesure peut être utilisée pour mesurer le courant d'appel dans un transformateur. Une pince de mesure permet de mesurer le courant dans un appareil sans contact physique. La caractéristique sans contact garantit une option de travail sûre pour mesurer des courants très élevés, qui peuvent autrement être dangereux pour l'utilisateur. Lisez notre article sur l'utilisation d'une pince ampèremétrique pour plus d'informations.

Cause du courant d'appel du transformateur

Lorsqu'une tension alternative est appliquée à un transformateur dont le secondaire est en circuit ouvert, le dispositif se comporte comme une simple inductance. Le courant passe dans l'enroulement primaire lorsqu'un transformateur est alimenté par une tension alternative. Selon la loi d'induction de Faraday, le courant crée un flux magnétique autour de l'enroulement primaire. La force magnétomotrice (MMF) entraîne le flux à travers le noyau, et sa valeur est proportionnelle au courant qui traverse l'enroulement. La MMF est donnée par :

MMF = N × I

  • MMF : Force magnétomotrice
  • N : Nombre de tours
  • I : Courant d'enroulement

Une partie du flux magnétique traverse le noyau et se lie à l'enroulement secondaire par induction mutuelle, initiant un flux de courant du côté secondaire. Lisez notre article sur les transformateurs électriques pour plus d'informations sur le fonctionnement des transformateurs.

Le taux de variation du flux magnétique dans un noyau de transformateur est proportionnel à la chute de tension instantanée dans l'enroulement primaire.

V = d𝜱 / dt

𝜱 = Integral ( V )

  • V : Tension alternative appliquée
  • 𝜱: Flux magnétique produit

Dans un transformateur fonctionnant en continu, la MMF est proportionnelle au courant de l'enroulement. Comme le flux est proportionnel à la MMF, le courant et le flux restent en phase l'un avec l'autre. Puisque, dans une inductance, la tension précède le courant de 90 degrés, on peut en déduire que la tension précède le flux magnétique de 90 degrés (ou quart de cycle), comme le montre la figure 3.

Selon les ondes illustrées à la figure 3, à l'instant où la tension (étiquetée V à la figure 3) est nulle, la valeur du flux en régime permanent correspondant (étiqueté F à la figure 3) devrait être le maximum négatif (c'est-à-dire la valeur minimale). Mais il n'y a pas de flux lié au noyau du transformateur avant la mise sous tension. Il est pratiquement impossible d'avoir un flux à l'instant où l'alimentation est mise en marche. La valeur du flux en régime permanent ne peut être atteinte instantanément et prend un temps non nul.

Le flux (F) part d'un pic négatif lorsque la tension appliquée (V) commence à zéro

Figure 3 : Le flux (F) part d'un pic négatif lorsque la tension appliquée (V) commence à zéro

Par conséquent, si le transformateur est mis sous tension à l'instant où la tension est nulle, l'onde de flux part de la même origine que la forme d'onde de la tension, comme le montre la figure 4. La valeur du flux à la fin du premier demi-cycle de la forme d'onde de tension peut être calculée en utilisant :

transformer-mathjax.png
  • 𝜱max : Flux magnétique maximal créé
  • E sin⍵t : Tension alternative appliquée au côté primaire
  • E : Magnitude de la tension appliquée
  • ⍵t : Phase de la tension appliquée

Le noyau du transformateur est saturé au-dessus de la valeur maximale du flux en régime permanent (figure 4 étiquetée B). Le noyau devient saturé après la valeur maximale du flux, et le courant nécessaire pour produire le reste du flux est très élevé. Par conséquent, l'enroulement primaire du transformateur tire de la source un courant de crête très élevé connu sous le nom de courant d'appel du transformateur (figure 4 étiquetée A) ou courant d'appel magnétisant du transformateur. Ce courant transitoire existe pendant quelques millisecondes, après quoi il se stabilise.

Le courant d'appel du transformateur existe pendant un temps très court ; par conséquent, ce courant ne crée pas de défauts permanents dans les transformateurs. Cependant, il interfère avec le fonctionnement des circuits connectés au transformateur en provoquant des commutations et des transitions de tension inutiles.

Courant d'appel du transformateur (A), flux maximal généré (B) et tension alternative appliquée (C)

Figure 4 : Courant d'appel du transformateur (A), flux maximal généré (B) et tension alternative appliquée (C)

Effets du courant d'appel du transformateur

  1. Un courant d'appel magnétisant élevé dans le transformateur nécessite un surdimensionnement des disjoncteurs ou des fusibles.
  2. Injection de distorsion et de bruit dans l'alimentation principale.
  3. L'arc électrique (le courant électrique passe d'une connexion à l'autre) et la défaillance des composants du circuit comme les interrupteurs.
  4. Fonctionnement interrompu dans le fusible.
  5. Perturbation du courant et harmoniques dans le système et baisse des caractéristiques de qualité de l'énergie.
  6. Distribution irrégulière de la tension le long des enroulements du transformateur.
  7. Vibrations mécaniques et électriques le long des enroulements du transformateur.

Comment réduire le courant d'appel du transformateur

Les méthodes suivantes permettent de réduire le courant d'appel dans un transformateur :

Réglage de la phase de la tension d'entrée

Le courant d'appel du transformateur se produit si la tension alternative qui atteint l'enroulement primaire du transformateur commence à zéro lorsque le transformateur est mis sous tension. Si la phase de la tension entrante commence à 90 degrés (amplitude maximale), la valeur correspondante du courant sera nulle car le courant est décalé de 90 degrés par rapport à la tension dans un inducteur. Par conséquent, l'ajustement de l'angle de phase de la tension d'entrée pour atteindre l'enroulement primaire du transformateur à sa valeur de crête positive est une solution viable, comme le montre la figure 5.

Cependant, le courant d'appel ne dure que quelques millisecondes, et les transformateurs sont physiquement conçus pour supporter les contraintes mécaniques dues au courant d'appel. L'ajustement de l'angle de phase de la tension appliquée pour réduire le courant d'appel n'est généralement pas nécessaire ou économique. Une solution simple consiste à utiliser un phasemètre pour surveiller la phase de la tension entrante et à appliquer la tension au transformateur uniquement lorsqu'elle est à sa valeur maximale. La commutation de l'alimentation au bon moment peut réduire l'ampleur du courant d'appel transitoire.

Le flux (F) part de zéro lorsque la tension appliquée (V) commence à un pic positif

Figure 5 : Le flux (F) part de zéro lorsque la tension appliquée (V) commence à un pic positif

Utiliser un circuit de protection contre le courant d'appel

Les thermistances peuvent être utilisées pour limiter le courant de démarrage élevé d'un transformateur. Une thermistance a une résistance très élevée à température ambiante et une faible résistance à haute température. La thermistance est connectée en série avec la ligne d'entrée de l'alimentation électrique. Ainsi, lorsque l'appareil est mis en marche, la résistance élevée limite le courant d'appel qui circule dans le système. Comme le courant circule en permanence, la température de la thermistance augmente, ce qui réduit considérablement la résistance. Ainsi, la thermistance stabilise le courant d'appel, permettant au courant permanent de circuler dans le circuit.

Par conséquent, le réglage de la phase de la tension d'entrée ou l'ajout d'un circuit de protection au transformateur peut réduire la pointe de courant d'appel, comme le montre la figure 6.

Courant d'appel (A) et courant d'appel réduit (B)

Figure 6 : Courant d'appel (A) et courant d'appel réduit (B)

FAQs

Qu'est-ce que le courant d'appel d'un transformateur ?

Le courant d'appel du transformateur décrit un pic de courant qui se produit lorsque le transformateur est initialement mis sous tension.

Quelle est la cause du courant d'appel du transformateur ?

Lorsqu'un transformateur est mis sous tension, il peut tirer un courant d'appel important du système en raison du déphasage du flux magnétique dans le noyau par rapport à la tension appliquée.

Combien de temps dure le courant d'appel du transformateur ?

Le courant d'appel du transformateur est transitoire par nature et peut durer jusqu'à quelques millisecondes.