Circuits de transformateurs triphasés : conception, câblage et applications pratiques

La puissance triphasée est la colonne vertébrale des réseaux électriques modernes, et les transformateurs qui élèvent ou abaissent sa tension sont tout aussi critiques. Bien qu'un transformateur monophasé puisse être groupé pour relier deux systèmes triphasés, les transformateurs triphasés dédiés offrent une solution plus efficace — utilisant moins de matériau, occupant moins d'espace et pesant moins qu'une pile modulaire.

Enroulements et connexions des transformateurs triphasés

Un transformateur triphasé typique se compose de trois paires d'enroulements primaire-secondaire indépendantes, chacune enroulée autour d'une patte d'un noyau de fer partagé. Le résultat est essentiellement trois transformateurs monophasés partageant un noyau commun, comme illustré ci-dessous.

Noyau de transformateur triphasé — trois jeux d'enroulements.

Les jeux primaire et secondaire peuvent être connectés en configuration Delta (Δ) ou Y (étoile). Les quatre associations possibles sont :

• Y – Y
• Y – Δ
• Δ – Y
• Δ – Δ

Le choix entre Y ou Δ dépend de l'application : les connexions Y fournissent plusieurs options de tension (ligne-à-neutre) et permettent un conducteur neutre ; les connexions Δ offrent une tolérance aux pannes plus élevée, puisque un enroulement ouvert unique permet aux deux autres de maintenir les tensions de ligne pleines.

Le phasage correct des enroulements — indiqué par les points marquant la polarité — est essentiel. Les relations de phase pour Δ et Y sont illustrées ci-dessous.

Y : le point central doit connecter soit tous les pôles « + » soit tous les pôles « − ». Δ : les polarités d'enroulement doivent être complémentaires (+ vers −).

Câblage de phase pour transformateur « Y‑Y »

Lorsque les enroulements primaire et secondaire sont tous deux câblés en Y, chaque extrémité d'enroulement marquée d'un point se connecte à la phase correspondante (A, B, C), tandis que les extrémités sans point se rejoignent pour former le centre de chaque Y. Cette configuration supporte des conducteurs neutres (N1 et N2) des deux côtés.

Câblage de phase pour transformateur « Y‑Δ »

Dans un transformateur Y‑Δ, le côté primaire reste Y-connecté, tandis que le côté secondaire forme une boucle Δ. Le côté point d'un enroulement se connecte au côté sans point du suivant, chainant les trois enroulements ensemble.

Câblage de phase pour transformateur « Δ‑Y »

Un transformateur Δ‑Y alimente un système secondaire qui nécessite des tensions ligne-à-neutre à partir d'une source sans neutre. Le primaire Δ alimente un secondaire Y-connecté.

Câblage de phase pour transformateur « Δ‑Δ »

Lorsqu'aucun neutre n'est nécessaire du côté secondaire, une configuration Δ‑Δ est préférée pour sa fiabilité inhérente.

Câblage de phase pour transformateur « V » ou « Open‑Δ »

Certains concepteurs optent pour une disposition V ou open‑Δ — utilisant seulement deux transformateurs — pour fournir de la puissance biphasée. Chaque transformateur est surdimensionné pour gérer la charge complète, offrant des économies en taille, poids et coût. Cependant, la tolérance aux pannes d'un système Δ‑Δ complet est perdue.

Exemple réel

Le barrage hydroélectrique de Grand Coulee dans l'État de Washington présente un banc de transformateurs élévateurs groupés par trois. Les unités vertes sont câblées en configuration Y du côté secondaire, comme en témoigne un seul isolateur haute tension par transformateur — indicatif d'une connexion au point neutre.

Ces transformateurs sont cruciaux pour élever la sortie des générateurs aux tensions de transmission, assurant une livraison fiable de puissance à travers le réseau.

FICHIERS D'EXERCICES ASSOCIÉS :

• Fiche d'exercices sur les circuits 3‑Phase Delta et Wye