Comment concevoir un transformateur industriel

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Les transformateurs sont des éléments essentiels des systèmes de distribution d'énergie dans tout le secteur industriel. Ils garantissent que la bonne quantité d'énergie atteint la charge par rapport à la pleine capacité de l'infrastructure d'alimentation

Les transformateurs industriels ont un impact significatif sur les performances de la distribution d'électricité et sur la satisfaction des besoins des processus. Un transformateur mal construit ou mal dimensionné compromettra l'efficacité et le succès de vos opérations et menacera la conformité réglementaire.

Voici ce qu'il faut savoir sur la conception des transformateurs industriels, y compris les considérations essentielles de dimensionnement et de sélection des composants.

Les décideurs doivent trancher entre les deux principales catégories de transformateurs industriels : les transformateurs à sec et les transformateurs remplis de liquide. Les facteurs qui influent sur cette décision comprennent l'emplacement, l'environnement, les dépenses ciblées et la configuration existante du système électrique.

Ce dernier type présente certains inconvénients malgré ses charges de puissance plus élevées. Les transformateurs de type sec nécessitent une couverture d'assurance et des systèmes de ventilation plus robustes, mais leur capacité d'installation sur site est un gros avantage.

Une autre étape critique consiste à déterminer le type de noyau dont votre transformateur aura besoin. Cela se produit en deux étapes.

Voici quelques directives de sélection de base basées sur les fréquences opérationnelles :

Certains types de mandrins nécessitent une bobine alors que d'autres n'en ont pas besoin. Vérifiez auprès de vos fabricants de composants pour vous assurer des exigences spécifiques de votre application.

Selon Texas Instruments, une élévation de température acceptable pour un transformateur industriel est de l'ordre de 40 à 50 °C. Il en résulterait une température interne de 100 °C au maximum. Notez que les noyaux plus grands réduisent les taux d'élévation de température dans les transformateurs. La gestion efficace de la température est une autre étape dans la gestion des pertes de puissance et la garantie d'une efficacité satisfaisante.

L'optimisation de la taille de votre transformateur industriel nouveau ou de remplacement est essentielle pour réaliser des coûts énergétiques acceptables au fil du temps. Les décideurs doivent s'assurer que le transformateur a une puissance nominale et des charges connectées appropriées. La charge connectée, mesurée en kVA (kilovolt-ampères), est toujours supérieure à la demande de charge, mais cette dernière doit correspondre à la compréhension de l'équipe d'ingénierie des besoins opérationnels.

La meilleure façon d'optimiser la taille du transformateur consiste à utiliser des données historiques. Selon les directives NEC 220.87, les ingénieurs peuvent utiliser un an de données de charge de pointe accumulées pour optimiser leur nouveau transformateur. Si ces informations ne sont pas disponibles, NEC autorise également l'utilisation de données de charge de pointe mesurées sur 30 jours. Les deux méthodes nécessitent des intervalles correspondants de données sur les besoins en chauffage et en refroidissement - un an ou 30 jours, respectivement.

Le coût n'est pas la seule variable impactée par le dimensionnement. Les transformateurs de la bonne taille, au lieu d'être trop grands, réduisent les impacts des risques énergétiques et le risque d'arcs électriques.

Les transformateurs industriels sont en outre subdivisés entre monophasé et triphasé. Les transformateurs monophasés ont un composant d'enroulement primaire et secondaire, tandis que les modèles triphasés ont besoin de trois enroulements primaires et de trois enroulements secondaires.

Vous n'aurez pas à vous soucier du type d'enroulement dans un transformateur monophasé. Cependant, pour obtenir les performances souhaitées d'un transformateur triphasé, il faut sélectionner les enroulements primaire et secondaire corrects. Ceux-ci incluent les enroulements en étoile (étoile), delta (maille) et interconnectés (zig-zag).

Choisissez avec soin - certains compromis et avantages sont associés à divers appariements de types d'enroulement. Par exemple, une configuration de connexion étoile-triangle est préférable pour transférer des charges déséquilibrées et est plus fréquemment associée à des transformateurs abaisseurs. Les arrangements étoile-étoile ont leurs propres avantages, comme le besoin de moins de tours de bobinage autour du noyau.

Vous devez vous familiariser avec les formules utilisées pour déterminer la quantité d'enroulement dont vous avez besoin pour répondre aux capacités du transformateur. Un transformateur avec une sortie de 12 volts, 2 ampères avec une entrée de 120 volts devrait utiliser cette formule. Le 110 est là pour ajouter une augmentation de 10 % de la puissance absorbée pour compenser les pertes de puissance dans le système :

N'oubliez pas de donner la priorité aux matériaux et à l'artisanat de haute qualité, peu importe ce que vous décidez d'autre pendant le processus de conception du transformateur. Il existe plusieurs effets indésirables d'une mauvaise configuration et de matériaux de construction de mauvaise qualité :

Un transformateur bien construit doit fournir des performances fiables sur une durée de vie de 25 à 40 ans. Les produits de qualité inférieure auront une durée de vie plus courte - en commençant par des coûts de maintenance continus plus élevés et en culminant avec un transformateur qui tombe en panne avant l'heure.

Le département américain de l'énergie s'occupe en permanence de réviser ses normes de conception de transformateurs industriels, souvent avec la participation du public. Il est sage de vous familiariser avec ces exigences de conformité et de vous protéger contre les coupures de courant inutiles.

La conception de transformateurs industriels commence par la détermination des besoins de fonctionnement et des paramètres de base. Voici les caractéristiques les plus importantes que vous devrez définir avant le début des travaux :

La tension primaire est fournie du côté entrée du transformateur. La tension secondaire est celle qui est émise par le transformateur. La tension d'alimentation et la sortie requise doivent correspondre aux capacités du transformateur - par exemple, 415 V d'entrée et 240 V de sortie.

Vous pouvez déterminer la puissance nominale en kVA lors de la sélection de votre transformateur ou du processus de construction à l'aide des formules suivantes :

La fréquence de fonctionnement du transformateur doit être répertoriée et évaluée à des fins de compatibilité et de conformité.

La plaque signalétique doit également inclure ces détails :

Chacun de ces facteurs distinctifs doit être inscrit sur la plaque signalétique du transformateur. Une inspection ultérieure du transformateur révélera le contenu de la plaque signalétique et évitera les malentendus lors de la sélection ou de l'installation des composants.

Le secteur de la construction subit plusieurs changements importants, notamment de nouvelles priorités en matière de construction écologique et de sélection de matériaux résilients. Une chose qui ne changera jamais est le besoin d'ingénieurs électriciens et de gestionnaires de bâtiments qui comprennent ce qui se passe dans la conception de transformateurs industriels et la sélection des composants. Toutes les industries se préparent à la transformation numérique pour atteindre une plus grande production et une meilleure harmonie avec la planète, et une infrastructure de distribution d'énergie fiable est essentielle pour cela.

L'environnement bâti exige des tolérances plus élevées que jamais et une plus grande priorité à l'efficacité. Faire attention ici rapportera des dividendes au fil du temps en termes de stabilité opérationnelle et d'alimentation électrique constante.

Crédit d'image : Wang An Qi / Shuttestock.com