Régulation de la tension

Ainsi, nous voyons que notre tension de sortie (secondaire) s'étend sur une plage de 9,990 volts à (presque) sans charge et de 9,348 volts au moment où nous avons décidé d'appeler "pleine charge". En calculant la régulation de tension avec ces chiffres, nous obtenons :

Incidemment, cela serait considéré comme une régulation plutôt médiocre (ou « lache ») pour un transformateur de puissance. Alimentant une simple charge résistive comme celle-ci, un bon transformateur de puissance doit présenter un pourcentage de régulation inférieur à 3%.

Les charges inductives ont tendance à créer une condition de régulation de tension pire, donc cette analyse avec des charges purement résistives était une condition du « meilleur des cas ».

Applications nécessitant une « mauvaise » réglementation

Il existe cependant certaines applications pour lesquelles une mauvaise régulation est réellement souhaitée. L'un de ces cas est l'éclairage à décharge, où un transformateur élévateur est nécessaire pour générer initialement une haute tension (nécessaire pour « allumer » les lampes), puis la tension devrait chuter une fois que la lampe commence à tirer du courant.

C'est parce que les exigences de tension des lampes à décharge ont tendance à être beaucoup plus faibles après qu'un courant a été établi à travers le chemin de l'arc. Dans ce cas, un transformateur élévateur avec une mauvaise régulation de tension suffit bien pour conditionner la puissance de la lampe.

Une autre application est le contrôle du courant pour les soudeuses à l'arc AC, qui ne sont rien de plus que des transformateurs abaisseurs fournissant une puissance basse tension et haute intensité pour le processus de soudage.

Une haute tension est souhaitée pour aider à « amorcer » l'arc (le faire démarrer), mais comme la lampe à décharge, un arc n'a pas besoin d'autant de tension pour se maintenir une fois que l'air a été chauffé au point d'ionisation. Ainsi, une diminution de la tension secondaire sous un courant de charge élevé serait une bonne chose.

Certaines conceptions de soudeuses à l'arc fournissent un réglage du courant d'arc au moyen d'un noyau de fer mobile dans le transformateur, coudé dans ou hors de l'ensemble d'enroulement par l'opérateur.

L'éloignement de la limace de fer des enroulements réduit la force du couplage magnétique entre les enroulements, ce qui diminue la tension secondaire à vide et réduit la régulation de la tension.

Transformateur ferrorésonant

Aucune exposition sur la régulation des transformateurs ne pourrait être qualifiée de complète sans mention d'un dispositif inhabituel appelé transformateur ferrorésonant .

La "ferrorésonance" est un phénomène associé au comportement des noyaux de fer lorsqu'ils fonctionnent à proximité d'un point de saturation magnétique (où le noyau est si fortement magnétisé qu'une augmentation supplémentaire du courant d'enroulement entraîne peu ou pas d'augmentation du flux magnétique).

Bien qu'il soit quelque peu difficile à décrire sans approfondir la théorie électromagnétique, le transformateur ferrorésonant est un transformateur de puissance conçu pour fonctionner dans des conditions de saturation persistante du noyau.

C'est-à-dire que son noyau de fer est « rempli » de lignes de flux magnétiques pendant une grande partie du cycle alternatif, de sorte que les variations de la tension d'alimentation (courant d'enroulement primaire) ont peu d'effet sur la densité de flux magnétique du noyau, ce qui signifie que l'enroulement secondaire produit une tension presque constante malgré des variations importantes de la tension d'alimentation (enroulement primaire).

Circuits de résonance dans les transformateurs ferrorésonants

Normalement, la saturation du noyau dans un transformateur entraîne une distorsion de la forme d'onde sinusoïdale, et le transformateur ferrorésonant ne fait pas exception. Pour lutter contre cet effet secondaire, les transformateurs ferrorésonants ont un enroulement secondaire auxiliaire mis en parallèle avec un ou plusieurs condensateurs, formant un circuit résonant accordé à la fréquence d'alimentation.

Ce «circuit de réservoir» sert de filtre pour rejeter les harmoniques créées par la saturation du noyau et offre l'avantage supplémentaire de stocker de l'énergie sous la forme d'oscillations CA, qui est disponible pour maintenir la tension d'enroulement de sortie pendant de brèves périodes de perte de tension d'entrée (millisecondes ' vaut du temps, mais certainement mieux que rien).

Le transformateur ferrorésonant assure la régulation de la tension de la sortie.

En plus de bloquer les harmoniques créées par le noyau saturé, ce circuit résonant « filtre » également les fréquences harmoniques générées par les charges non linéaires (de commutation) dans le circuit d'enroulement secondaire et toutes les harmoniques présentes dans la tension source, fournissant une puissance « propre » à la charge .

Les transformateurs ferrorésonnants offrent plusieurs fonctionnalités utiles dans le conditionnement de l'alimentation CA :tension de sortie constante compte tenu des variations substantielles de la tension d'entrée, filtrage des harmoniques entre la source d'alimentation et la charge, et la capacité de « passer à travers » de brèves pertes de puissance en gardant une réserve d'énergie dans son circuit de réservoir résonnant.

Ces transformateurs sont également très tolérants aux charges excessives et aux surtensions transitoires (momentanées). Ils sont si tolérants, en fait, que certains peuvent être brièvement mis en parallèle avec des sources d'alimentation CA non synchronisées, permettant à une charge d'être commutée d'une source d'alimentation à une autre de manière « make-befor-break » sans interruption de l'alimentation sur le côté secondaire !

Inconvénients connus des transformateurs ferrorésonnants

Malheureusement, ces appareils présentent des inconvénients tout aussi notables :ils gaspillent beaucoup d'énergie (en raison des pertes d'hystérésis dans le noyau saturé), générant important chaleur dans le processus et ne tolèrent pas les variations de fréquence, ce qui signifie qu'ils ne fonctionnent pas très bien lorsqu'ils sont alimentés par de petits générateurs entraînés par un moteur ayant une mauvaise régulation de la vitesse.

Les tensions produites dans le circuit d'enroulement/condensateur résonant ont tendance à être très élevées, ce qui nécessite des condensateurs coûteux et présente au technicien de service des tensions de travail très dangereuses. Certaines applications, cependant, peuvent donner la priorité aux avantages du transformateur ferrorésonant par rapport à ses inconvénients.

Les circuits semi-conducteurs existent pour « conditionner » le courant alternatif comme alternative aux dispositifs ferrorésonants, mais aucun ne peut rivaliser avec ce transformateur en termes de simplicité.

AVIS :

• Régulation de la tension est la mesure de la capacité d'un transformateur de puissance à maintenir une tension secondaire constante compte tenu d'une tension primaire constante et d'une large variation du courant de charge. Plus le pourcentage est faible (plus proche de zéro), plus la tension secondaire est stable et meilleure est la régulation qu'elle fournira.
• Un ferrorésonant Le transformateur est un transformateur spécial conçu pour réguler la tension à un niveau stable malgré une grande variation de la tension d'entrée.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les sources d'alimentation réglementées
• Fiche de travail de base sur les alimentations AC-DC