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energie electrique
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Université Abdou Moumouni Faculté des Sciences et Techniques
Département de Physique Option Master 2 EEA
Thème 6: Conception d’un transformateur de puissance
Présenter par : Professeur :
Iro Dan Malam AMINOU Dr MADOUGOU Saidou Assoumane MOUDAHIROU
Année Académique :
2012-2013
Sommaire
1. INTRODUCTION .......................................................................................................................... 3
2. Constitution .................................................................................................................................... 4
3. Construction Interne ....................................................................................................................... 6
3.1. Circuit magnétique ................................................................................................................... 6
3.1.1. Le noyau ............................................................................................................................ 6
3.2. Circuit électrique .................................................................................................................... 13
3.2.1. Transformateur monophasé parfait ..................................................................................... 13
3.2.2. Transformateur monophasé réel ....................................................................................... 14
3.2.3. Couplage des transformateurs triphasés............................................................................ 16
3.2.3.2. Couplage triangle ......................................................................................................... 17
4. Marche en parallèle des transformateurs de puissance ................................................................... 18
5. Isolation ........................................................................................................................................ 19
5.1. Huile ...................................................................................................................................... 19
5.2. Isolation papier ...................................................................................................................... 20
5.3. Cuve ...................................................................................................................................... 21
6. Défauts et protections.................................................................................................................... 21
6.1. Défauts .................................................................................................................................. 21
6.2. Protections ............................................................................................................................. 22
7. Eléments à prendre en compte lors de la conception ...................................................................... 22
7.1. Température ........................................................................................................................... 22
7.2. Contraintes mécaniques .......................................................................................................... 23
7.3. Bruit....................................................................................................................................... 23
8. Conclusion .................................................................................................................................... 25
1. INTRODUCTION
Fig1 : exemple de transformateur de puissance
Les transformateurs de puissance sont des appareils très employés dans les installations
électriques. Un transformateur peut assurer deux fonctions :
1. Elever ou abaisser une tension alternative, monophasé ou triphasé ; par exemple
pour réduire les pertes de puissance en ligne dans le transport de l’énergie
électrique, on trouve des transformateurs élévateurs en sortie des centrales de
production. Plus proche des points d’utilisation, on trouve des transformateurs
chargés d’abaisser la tension.
Fig2 : réseau électrique
2. Assurer l’isolation galvanique entre 2 réseaux électriques, par exemple pour
changer le schéma de liaison à la terre (Régime du neutre). Exemple de cas
fréquents :
- Transformateur HT/BT pour distribution du neutre. Le primaire est en triangle,
donc sans neutre sur la ligne d’arrivée tandis que le secondaire est en étoile afin de
distribuer le neutre.
- transformateur monophasé d’isolement : en salle de Bains d’hôtel, il est fréquent
que la pise de courant « rasoir » soit alimentée par un transformateur permettant
de s’affranchir du risque d’électrisation par contact direct avec un seul conducteur
actif.
2. Constitution
En plus de son noyau magnétique, de ses enroulements et de son isolation, un transformateur
dispose de nombreux composants secondaires. Certains sont indispensables comme un
dispositif permettant la dilatation de l'huile (le conservateur est présenté ici), d'autres ne le
sont pas comme le changeur de prises. Ceux présentés ici correspondent à un transformateur
de puissance« classique ».
Sur le schéma ci-dessous sont représentés:
1. Cuve
2. Couvercle
3. Conservateur
4. Indicateur de niveau d'huile
Fig3 : composants constituant un transformateur
5. Relais Buchholz
6. Tuyau d'huile
7. Changeur de prises
8. Moteur électrique du changeur de prises
9. Transmission mécanique du changeur de prises
10. Traversée du primaire, avec connexion à son extrémité
11. Dôme avec transformateurs de courant à l'intérieur
12. Traversée du secondaire
13. Connexion du secondaire avec l'extérieur
14. Dôme avec transformateurs de courant à l'intérieur
15. Enroulements
16. Noyau magnétique
17. Élément mécanique maintenant le noyau magnétique et les enroulements ensemble exerçant
une force de compression
18. (non représenté)
19. Connexion du changeur de prises aux enroulements
20. Robinet d'huile
21. Robinet d'air
On peut y ajouter l'huile, l'isolation papier et le système de refroidissement qui ne sont pas représentés.
Des parafoudres sont présents au niveau des connexions avec les lignes comme déjà évoqué dans les
exposés précédents.
3. Construction Interne
3.1. Circuit magnétique
3.1.1. Le noyau
Construit en tôle magnétique à gain orienté et faibles pertes spécifiques. Ce type de tôle est
pourvu d’un isolement céramique des deux côtés garantissant une longue durée de
fonctionnement correct du noyau.
Le rôle d’un circuit magnétique est de canaliser efficacement le flux magnétique.
On pourrait construire un noyau triphasé à l’aide de trois noyaux monophasés. Cependant la masse
totale de fer et l’encombrement seraient trop grands.
La mise en commun d’un noyau permet de réduire la masse totale de fer.
En régime équilibré, le flux au travers du noyau central est nul puisqu’il est la composition de trois flux
équilibrés. Ce noyau n’est donc pas nécessaire.
La disposition « en trois D », bien que symétrique, donne à un tel transformateur un
encombrement trop important. Aussi, préfère-ton réaliser une carcasse dont les trois noyaux
sont coplanaires.(« 2D »)
Cette disposition, moins encombrante, n’est plus symétrique. La réluctance du circuit
magnétique
Circuit magnétique du transformateur triphasé
Fig4 : Noyau d’un transformateur
Fig5 : Différents types de circuits magnétiques
3.1.2. Caractéristiques
3.1.2.1. B(H) d’un matériau magnétique
On connait la relation entre la densité de flux et le champ magnétique : B = µ0H.
Dans le vide (ou l'air), cette caractéristique prend la forme d'une relation linéaire. Le vide est
un milieu linéaire, homogène (la qualité est uniforme) et isotropique (les propriétés sont les
mêmes dans toutes les directions). La relation B(H) du vide est donnée dans la figure
suivante.
Fig6: Relation B(H) dans le vide
Pour un matériau magnétique, la relation B(H) est :
B = µrµ0H
Où µr est la perméabilité relative du matériau. Pour la plupart des matériaux, la perméabilité
n'est pas constante, et la relation B(H) est non-linéaire.
On peut classifier les matériaux magnétiques en deux groupes importants :
- matériaux non-magnétiques : µr est environ 1. Exemple : air, verre, cuivre, aluminium.
- matériaux ferromagnétiques : µr est très élevée (100 à 100000). Exemple : fer, acier,
cobalt, alliages, etc.
La caractéristique de magnétisation AC d'un matériau magnétique donne une courbe du
type hystérésis.
- Bmax = 1.5T (fer)
- Bmax = 0.3T (ferrite)
Fig7 : courbe d’hystérésis typique
3.1.2.2. Pertes magnétiques
Il y a deux grandes sources de pertes dans les matériaux magnétiques :
1. Pertes par hystérésis
2. Pertes par courants de Foucault
Pertes par hystérésis
Sous excitation cyclique (sinusoïdale, par exemple), le matériau magnétique fait un cycle
d’hystérésis et crée ainsi des pertes d'énergie dans le noyau sous forme de chaleur. Les pertes
par hystérésis sont directement proportionnelles à la surface du cycle d'hystérésis et à la
fréquence d'opération. Une formule empirique permet de calculer les pertes (par m3) :
Phys =KB2
maxf
Pertes par courant de Foucault
Le champ magnétique alternatif induit dans le noyau par des forces électromagnétiques
crée un courant induit dans le matériau. Ces courants induits créant des pertes RI2
(puisque les
matériaux magnétiques ont une résistivité non-nulle). Ces pertes sont dissipées sous forme de
chaleur.
Afin de minimiser les courants induits dans le noyau, on utilise des noyaux formés de
laminations isolées électriquement les unes des autres (pour les bobines fonctionnant à basses
fréquences) ou des noyaux en ferrite (pour les bobines fonctionnant à hautes fréquences).
Fig8 : noyau laminé
On peut estimer les pertes par courant de Foucault avec la relation empirique suivante :
𝑃𝑓 = 𝑘𝐵²𝑚𝑎𝑥𝑓²
3.1.2.3. La reluctance magnétique
Un circuit magnétique est semblable à un circuit ¶électrique. C'est un parcours fermé qui
est réalisé avec un matériau magnétique de haute perméabilité (µr >>). Cependant, on va
faire quelques hypothèses pour l'analyse de ces circuits :
- On suppose que B(H) est linéaire.
- Pas de saturation.
- Pas d’hystérésis.
Une force magnétomotrice F = NI force un flux à circuler dans le circuit magnétique.
L'intensité du champ magnétique dans le noyau est donnée par la loi d'Ampère :
NI =ʃH.dl =Hl
La densité de flux dans le noyau est égale :
B = µH
Le flux magnétique circulant dans le noyau est égale à :
φ = BA = µHA = µ (𝑁𝐼
𝑙) A =
𝑁𝐼
(𝑙
µ𝐴)
Cette relation peut être exprimée sous la forme :
φ = 𝐹
𝔑
On appelle 𝕹la reluctance du circuit magnétique. La reluctance est une quantité qui
caractérise la "résistance" du circuit magnétique au passage du flux. C'est un peu comme la loi
d'Ohm pour des circuits magnétiques.
La reluctance d'un circuit de surface A, de longueur moyenne l et perméabilité µ est :
𝕹 = 𝑙
µ𝐴
𝕹 est exprimée en At/Wb
Donc, comme équivalence aux circuits électriques :
Circuit électrique Circuit magnétique
Tension V Force magnétomotrice F = NI
Résistance R Réluctance 𝕹
Courant I Flux φ
Réluctance en série
La réluctance en série se comporte de la même façon que des résistances en série. C'est-à-dire
:
𝕹eq = 𝕹1+ 𝕹2 + …
Réluctance en parallèle
𝕹eq = ( 1
𝔑₁+
1
𝔑₂ … )⁻ⁱ
3.2. Circuit électrique
3.2.1. Transformateur monophasé parfait
• Le transformateur utilise le phénomène d'induction électromagnétique.
Loi de Faraday :
Φ est le flux magnétique canalisé par le circuit magnétique.
Au secondaire :
• Bilan de puissance
Lorsqu'on branche une charge Z au secondaire du transformateur, celle-ci impose un
déphasage φ2(I,U) et absorbe la puissance P2.
On montre que pour le transformateur parfait : φ2 (I2, U2) = φ1 (I1, U1)
La puissance active P1 au primaire : P1 =U1. I 1 .cos φ1
La puissance active P2 au secondaire : P2 =U2 .I 2 .cos φ 2 (on montre que P2 = P1)
La puissance réactive Q1 au primaire : Q1 =U1 .I 1.sin φ 1
La puissance réactive Q2 au secondaire : Q2 =U2 .I 2 .sin φ 2 (avec Q2 = Q1)
La puissance apparente S1 au primaire : S1 =U1 .I 1
La puissance apparente S2 au secondaire : S2 =U2 .I 2 (avec S2 = S 2)
𝑉₂
𝑉₁=
𝐼₁
𝐼₂=
𝑁₂
𝑁₁=
𝑈₂
𝑈₁= 𝑚
3.2.2. Transformateur monophasé réel
La plaque signalétique d'un transformateur indique les grandeurs nominales de
fonctionnement.
Par exemple :
Pour notre exemple : U1N = 6000 V/U2N = 400 V
Fréquence f = 50 Hz
Puissance apparente SN = S1 = S2 = 24kVA
- Les pertes :
Pour un transformateur monophasé, il y a deux types de pertes :
• Les pertes fer ou magnétiques dues au circuit magnétique.
• Les pertes cuivre ou pertes par effet Joule dues à l'échauffement dans les
conducteurs.
- L'essai à vide (il n'y a pas de charge branchée au secondaire, l'intensité I2 = 0)
Pour cet essai, toutes les grandeurs sont affectées, en plus de l’indice 1 et 2 de l'indice 0
ou V.
Montage :
L'essai à vide, s'il est fait avec les grandeurs nominales, permet de connaître :
- Le rapport de transformation 𝑚 =𝑈₂₀
𝑈₁₀
- Les pertes fer indiquées par le wattmètre : P10 (On admet que P10 =U10 .I 10 .cos φ10)
L'essai en court-circuit (le secondaire est court-circuité et I2CC = I2N)
L'essai en court-circuit se fait sous tension réduite. On s'arrange pour régler l'intensité qui
circule dans le secondaire en court-circuit I2CC à la valeur de l'intensité secondaire I2N. On
utilise l'indice CC.
Montage :
L'essai en court-circuit, pour I2CC = I2N, permet de connaître :
• Les pertes par effet Joule ou les pertes Cuivre PC indiquée par le wattmètre.
• Si on connaît les résistances r1 et r2 des enroulements primaire et secondaire, les pertes
par effet Joule peuvent-être calculées : Pc=r1.I2
1cc + r2.I2
2cc ou Pc= (r2 +m2r1) I
22cc
Rendement d'un transformateur :
Pour cet essai, les pertes
par effet joule sont
négligeables
Pour cet essai, les pertes fer
sont négligeables
Lorsqu'une charge Z est branchée au secondaire du transformateur, elle absorbe la puissance
P2.
La puissance électrique absorbée au primaire est : P1 =P2 + PF + PC
𝜂 =𝑝₂
𝑝₁=
𝑝₂
𝑝2 + 𝑝𝘧 + 𝑝𝑐
Remarque : les mêmes opérations s’appliquent aussi aux transformateurs triphasés.
3.2.3. Couplage des transformateurs triphasés
Pour un transformateur triphasé, les enroulements peuvent être connectés de trois manière
différentes :
En étoile, représenté par la lettre Y ;
En triangle, représenté par la lettre D ou ;
En zigzag, représenté par la lettre Z.
3.2.3.1. Couplage étoile
Dans la connexion étoile chaque enroulement de phase d'un transformateur triphasé est
connecté à un point commun (point neutre). L'autre extrémité étant reliée à la borne de ligne
correspondante. La tension aux bornes des bobines est la tension entre phases divisée par 3.
Le courant traversant les bobines est le courant de ligne. Elle est représentée par la lettre Y.
3.2.3.2. Couplage triangle
Dans la connexion triangle, la connexion des enroulements de phase d'un transformateur
triphasé est effectuée de manière à réaliser un circuit fermé. La tension aux bornes des
bobines est la tension entre phases. Le courant traversant les bobines est le courant de ligne
divisé par 3. Elle est représentée par la lettre D ou Δ.
3.2.3.3. Couplage Zigzag
Connexion des enroulements en deux sections d'enroulement, la première section étant
connectée en étoile et la seconde en série entre la première section et les bornes de ligne : les
deux sections sont disposes de telle sorte que chaque phase de la deuxième section soit
enroulée sur une colonne du transformateur différente de celle de la première section à
laquelle elle est connectée. Elle est représentée par la lettre Z.
Ce tableau indique les connexions les plus utilisées
3.2.4. Indice horaire
L’indice horaire est le rapport de θ à 𝜋
6 : 𝐼 =
𝜃𝜋
6
On note θ le retard d’une tension côté basse tension (donc le plus souvent au secondaire) sur
son homologue haute tension.
L’appellation « horaire » fait référence à l’heure qu’indiquerait une horloge à cadran dont la
grande aiguille représenterait une tension côté HT pointant sur le 12 et la petite aiguille la
tension homologue.
4. Marche en parallèle des transformateurs de puissance
Pour des raisons économiques, techniques et de redondance, il peut être parfois intéressant de
brancher plusieurs transformateurs en parallèle plutôt qu'un seul de plus forte puissance. Dans
ce cas plusieurs conditions doivent être remplies : la tension au primaire et au secondaire des
transformateurs doivent être les mêmes; cela est évident à cause du branchement en parallèle,
par conséquent les rapports de transformation des deux transformateurs doivent être les
mêmes, avec une certaine tolérance, et l'étendue des prises doit être similaire. Si cette
condition n'est pas remplie, ou pas parfaitement, il apparait un courant de circulation entre les
transformateurs à cause de la différence de tension entre eux. Pour des raisons similaires, le
déphasage ou indice horaire entre les tensions primaires et secondaires des transformateurs
doit être le même. De plus les tensions de court-circuit relatives (exprimées en pourcentage)
des transformateurs doivent être identiques, avec une certaine tolérance. En effet, cette valeur
va déterminer la répartition de la charge entre les transformateurs. Si les valeurs diffèrent, le
transformateur avec l'inductance la plus faible et la tension de court-circuit la plus faible, est
traversé par un courant plus important. L'un peut ainsi être en surcharge et pas l'autre, on ne
peut alors utiliser la totalité de la puissance des transformateurs.
Fig9 : Mise en parallèle
5. Isolation
L'isolation qu'elle soit solide ou liquide doit permettre au transformateur de résister à la fois, à
la tension alternative en régime permanent et aux surtensions transitoires sans décharge
électrique
5.1. Huile
Les transformateurs de puissance sont traditionnellement remplis d'huile minérale spécifique.
Elle permet l'isolation diélectrique des enroulements entre eux ainsi que le refroidissement du
transformateur. Elle a en effet une rigidité diélectrique nettement supérieur à l'air par
exemple : typiquement une huile minérale a une rigidité de 70 kV/2,5 mm soit 280 kV/cm
alors que l'air n'est qu'à 24 kV/cm, cela influe fortement sur le dimensionnement du
transformateur. L'huile est un bon conducteur thermique, et sa circulation au travers de
radiateurs permet d'évacuer la chaleur produite par les bobines et le circuit magnétique du
transformateur. Elle doit posséder un haut niveau d'isolation diélectrique et un haut point
d'inflammation pour permettre une exploitation en toute sécurité. L'huile perd de ses
propriétés diélectriques avec le vieillissement, avant tout causé par la température. Pour
limiter le phénomène on utilise des additifs antioxydants, on parle alors d'huile inhibée, dans
le cas contraire d'huile non-inhibée. Par ailleurs elles ne doivent pas contenir de soufre car
c'est un matériau qui a des propriétés corrosives. L'humidité et les impuretés font décroître
également la rigidité électrique de l'huile, il est donc important d'avoir une huile pure et sèche.
Ces dernières années ont vu l'apparition d'huile de substitution : huile de
silicone, ester synthétique et ester naturel. Les huiles minérales se voient en effet reprocher la
pollution qu'elles entraînent en cas de fuite, les esters sont biodégradables, les huiles de
silicones sont inertes. Par ailleurs les huiles alternatives ont un point de flamme presque deux
fois plus élevé que les huiles minérales, de l'ordre de 300°C au lieu de 150 °C, ce qui réduit le
risque d'explosion des transformateurs de puissances. Les huiles de silicone ont un très bon
comportement vis-à-vis du vieillissement. Les esters sont eux de moins bon conducteurs
thermiques que l'huile minérale. Le coût des esters et des huiles de silicone est également
nettement supérieur à celui de l'huile minérale.
Pour éviter de graves conséquences écologiques en cas de fuite d'huile, un bac de rétention est
installé sous les transformateurs.
5.2. Isolation papier
L'isolation papier consiste en des couches de papier superposées, imprégnées d'huile puis
séchées. Les pores du papier atteignent alors une grande rigidité diélectrique, des pertes
diélectriques faibles et une constante diélectrique proche de celle de l'huile. Il est à noter que
le papier associé à l'huile a de bien meilleures propriétés diélectriques que le papier ou l'huile
séparément. La présence d'humidité dans l'isolation est très néfaste pour ses propriétés.
5.3. Cuve
Les cuves des transformateurs sont faites de tôles d'acier. Elles doivent pouvoir résister aux
forces exercées lors du transport du transformateur. Leur couvercle est amovible et scellé
grâce à des boulons ou une soudure. Il est incliné d'au moins 1° afin d'évacuer les eaux de
pluie. Afin de garantir l'étanchéité, des joints en caoutchouc synthétique sont utilisés.
L'étanchéité doit être parfaite, la cuve est testée sous vide pour contrôler ce point. Par ailleurs,
pour résister aux conditions extérieures les cuves sont peintes à l'aide d'un revêtement
résistant à la corrosion.
Par ailleurs pour les transformateurs de forte puissance, le flux de fuite devient assez
important, pour éviter un échauffement trop important des enroulements ou de la cuve, liés au
courant de Foucault s'induisant en leurs seins, des écrans sont placés à l'intérieur des parois de
la cuve. Ceux-ci conduisent le flux et évitent ainsi son passage dans les autres parties et ainsi
leur échauffement.
6. Défauts et protections
6.1. Défauts
Les défauts dans les transformateurs sont de quatre types : les surcharges, les courts-circuits,
les défauts à la masse et les surfluxages. Dans le premier cas l'intensité traversant le
transformateur devient trop grande, ce qui conduit à une augmentation de la température
interne du transformateur ce qui est nuisible à la durée de vie. Les courts-circuits sont eux de
deux types : interne et externe. Les premiers sont dus à des arcs entre les enroulements, ils
entraînent une dégradation rapide de l'huile et la formation de gaz qui peuvent mener à des
incendies ou à l'explosion du transformateur. Les seconds entraînent principalement une forte
contrainte mécanique sur les enroulements et peuvent s'ils sont prolongés mener à un court-
circuit interne. Les défauts à la masse sont comparables aux courts-circuits internes avec une
connexion entre le bobinage et le noyau ou la cuve. Un autre défaut à éliminer est le
surfluxage, c'est-à-dire une hausse du flux magnétique dans le noyau de fer du transformateur.
Il est causé soit par une surtension, soit par une baisse de la tension.
6.2. Protections
Pour la protection contre les surcharges, des protections à maximum de courant de phase
temporisées (ou des protections à image thermique sont utilisées. Un capteur de débit d'huile
permet de s'assurer de la bonne circulation de l'huile dans le circuit de refroidissement.
Pour les courts-circuits, des relais Buchholz sont utilisés dans le cas des transformateurs
respirant. Pour les transformateurs hermétiques, des détecteurs de gaz et de pression sont
utilisés. Par ailleurs une protection différentielle mesure, par l'intermédiaire des
transformateurs de courant comme toutes les protections liées au courant, la différence entre
les courants entrants dans le transformateur et ceux en sortant et protège le transformateur
contre les courts-circuits entre phases. Ces protections peuvent être également capables de
détecter les défauts entre spire. Par ailleurs une protection à maximum de courant de phase
instantanée protège des courts-circuits violents au primaire.
Pour les défauts de masse, la première solution est de mesurer le courant homopolaire . Une
autre solution, dite protection de terre restreinte , compare le courant dans la connexion au
neutre et la somme des courants dans les phases. On peut la ranger avec les protections
différentielles. On peut également isoler la cuve du transformateur de la masse, et mesurer le
courant dans la connexion reliant la cuve et la masse : on parle alors de protection masse-cuve
. Si ce courant devient trop important, le transformateur déclenche, cette protection est donc
fondamentalement une protection à maximum de courant.
7. Eléments à prendre en compte lors de la conception
7.1. Température
Une température trop élevée à l'intérieur du transformateur, qu'elle soit provoquée par les
pertes cuivre ou fer, accélère le vieillissement de l'isolation. Celle-ci déterminant la durée de
vie du transformateur, il est particulièrement important de connaître la température maximale
qu'atteignent les différentes parties des transformateurs, à savoir : enroulement, huile,
isolation. La durée de vie du transformateur est de l'ordre de 20 ans ou de 30 ans selon les
sources, la charge durant son exploitation influence fortement cette valeur.
Le point le plus chaud des enroulements appelé « point chaud », se trouve en général dans la
partie haute de ceux-ci. Il est en général difficile de déterminer son emplacement avec
précision. La norme CEI définit des valeurs maximales d'échauffement pour l'huile et les
enroulements.
Par ailleurs, lors d'un événement de court-circuit la température des enroulements augmente
subitement à cause du fort courant apparaissant pour une durée de 1 s maximum. Cette durée
est très faible en comparaison des constantes de temps thermiques, la chaleur n'a pas le temps
de s'évacuer dans l'isolation. Il faut donc qu'à la fois les enroulements et l'isolation adjacente
soient prévus pour résister à ces pics de température de courte durée. La norme 60076-5
prévoit que les enroulements de cuivre ne doivent pas dépasser les 250 °C, ceux d'aluminium
les 200 °C.
7.2. Contraintes mécaniques
Le courant circulant dans les bobines combinées aux champs magnétiques de fuite qu'elles
génèrent induisent des forces de Laplace sur les enroulements. Ces forces sont
proportionnelles au carré de l'intensité parcourant les enroulements. Elles sont à la fois
radiales, elles écartent les enroulements les uns des autres, et axiales, elles compressent les
enroulements (voir figure).
Lors d'un événement de type court-circuit, le courant devient particulièrement élevé, de 8 à 10
fois le courant nominal pour les gros transformateurs, plus pour les petits. Il induit une grande
contrainte mécanique sur les enroulements. Cela doit être pris en considération lors de leurs
dimensionnements.
La bonne symétrie du transformateur est également déterminante dans le calcul des
contraintes mécaniques, un décalage même faible entre les enroulements cause une forte
augmentation des contraintes mécaniques.
7.3. Bruit
La déformation du noyau magnétique dû au phénomène de magnétostriction est
proportionnelle à la valeur du champ magnétique B au carré. Pour cette raison le bruit émis
par le transformateur a une fréquence fondamentale double de celle du réseau donc 100 Hz.
Les premières harmoniques sont également émises. À cause de cette proportionnalité, un bon
moyen de réduire le bruit d'un transformateur est d'en diminuer l'induction, cela a pour
contrepartie un agrandissement du transformateur, et donc une augmentation de son prix. Une
tôle à grains orientés de bonne qualité a également un effet positif. Le bruit des pompes peut
être négligé dans le calcul du bruit total d'un transformateur. Par contre dans le cas d'un
refroidissement à air forcé, le bruit des ventilateurs doit être pris en compte. Il est donc
également avantageux si on veut réduire les nuisances sonores soit d'utiliser des ventilateurs à
faible bruit, ou plutôt d'adopter un refroidissement à circulation d'air naturelle.
8. Conclusion
Dans un réseau d’énergie électrique, les transformateurs de puissance constituent des maillons
importants situés entre la chaine de production et celle de transport. Des recherches sont en
cours afin de réduire leur taille et d’améliorer leur puissance. Ainsi, Les transformateurs
utilisant des supraconducteurs sont en phase de recherche et développement, ils semblent
constituer un objectif long terme pour l'industrie électrotechnique. L'usage
de supraconducteurs dans la fabrication des transformateurs permettrait de réduire les pertes
et de limiter les courants de court-circuit (la résistance de la bobine augmente subitement si le
courant critique du supraconducteur est dépassé), deux propriétés très intéressantes. Sur le
principe, les enroulements en matériau supraconducteur refroidis à l'azote liquide permettent
de transporter une forte densité de courant. Ils sont donc plus petits, plus courts et plus légers.
Le noyau magnétique n'a lui pas besoin d'être refroidi et est relativement standard. Le
chercheur Kuechler déclare que ce type de transformateur doit réduire les pertes de 30 % et le
poids de 50 % en comparaison avec les transformateurs de puissance actuels.
