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Transformateur redresseur permettant de convertir le courant alternatif (CA) en courant continu (CC)

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Transformateur redresseur

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Un transformateur de redressement est un transformateur spécialement conçu pour alimenter en courant alternatif (CA) un système de redressement, qui convertit le courant alternatif (CA) en courant continu (CC). Contrairement aux transformateurs de puissance classiques, les transformateurs de redressement sont conçus pour résister aux courants harmoniques, à la polarisation en courant continu, aux charges déséquilibrées et aux contraintes thermiques importantes liées au fonctionnement du redresseur.

Les transformateurs de redressement sont largement utilisés dans les industries électrochimiques, la transformation des métaux, les entraînements de moteurs à courant continu, les systèmes d’énergie renouvelable, l’exploitation minière, les chemins de fer et le transport d’énergie à très haute tension en courant continu (HVDC).

Principe de fonctionnement
Le transformateur reçoit le courant alternatif provenant du réseau électrique et le convertit à la tension requise par le redresseur. Le redresseur, à l’aide de diodes ou de thyristors, convertit ensuite le courant alternatif en courant continu.

Le processus se déroule comme suit :
1. Le courant alternatif haute tension entre dans l’enroulement primaire.
2. Le transformateur élève ou abaisse la tension selon les besoins.
3. Plusieurs enroulements secondaires peuvent fournir des sorties déphasées.
4. Le redresseur convertit le courant alternatif en courant continu.
5. Des filtres et des réacteurs de lissage réduisent l’ondulation avant d’alimenter la charge en courant continu.

Composants principaux
Noyau magnétique
· Noyau en acier au silicium CRGO de haute qualité
· Construction en chevauchement étagé pour réduire les pertes et le bruit
· Conçu pour minimiser les pertes supplémentaires causées par les harmoniques

Enroulements
· Conducteurs en cuivre ou en aluminium
· Système d’isolation haute résistance
· Construction mécanique renforcée pour résister aux courts-circuits
· Enroulements secondaires multiples pour les systèmes de redressement à impulsions multiples

Système d’isolation
· Isolation papier-huile (modèles à huile)
·Isolation de classe F ou H (versions de type sec)
·Isolation renforcée contre l’échauffement dû aux harmoniques

Système de refroidissement
Les méthodes de refroidissement courantes comprennent :
·ONAN – Huile naturelle, air naturel
·ONAF – Huile naturelle, air forcé
·OFAF – Huile forcée, air forcé
·OFWF – Huile, air forcé, eau forcée
·AN – Air naturel (type sec)
·AF – Air forcé (type sec)
Les grands transformateurs redresseurs industriels utilisent généralement un refroidissement de type ONAF, OFAF ou OFWF.

Caractéristiques techniques types
·Puissance nominale : 100 kVA – 250 MVA
·Tension primaire : 3,3 kV – 400 kV
·Tension secondaire : 100 V – 33 kV
·Fréquence : 50 Hz / 60 Hz
·Sortie CC : en fonction de la configuration du redresseur
·Refroidissement : ONAN, ONAF, OFAF, OFWF, AN, AF
·Classe d’isolation : A, F, H (type sec)
·Groupe vectoriel : adapté au fonctionnement du redresseur
·Impédance : optimisée pour les performances harmoniques

Types de transformateurs de redressement
·Transformateur de redressement monophasé
·Petites alimentations en courant continu
·Systèmes de charge de batteries
·Équipements de laboratoire
·Transformateur de redressement triphasé
·Systèmes de redressement industriels
·Grands entraînements de moteurs à courant continu
·Installations d’électrolyse

Transformateur de redressement multipulsé

Les configurations d’impulsions courantes comprennent :
·6 impulsions
·12 impulsions
·18 impulsions
·24 impulsions
·36 impulsions
Un nombre d’impulsions plus élevé réduit la distorsion harmonique et améliore la qualité de l’énergie.

Caractéristiques principales
·Conçu pour les charges non linéaires
·Haute résistance à l’échauffement harmonique
·Enroulements secondaires multiples
·Excellente résistance aux courts-circuits
·Faibles pertes par dissipation
·Haute capacité de surcharge
·Régulation de tension stable
·Longue durée de vie dans des conditions industrielles exigeantes

Applications
·Installations d’électrolyse (chlore-alcali, production d’hydrogène)
·Fusion de l’aluminium
·Électro-extraction du cuivre et du zinc
·Sidérurgie
·Entraînements de moteurs à courant continu
·Équipements miniers
·Fours industriels
·Sous-stations de traction ferroviaire
·Systèmes de charge de batteries
·Systèmes de conversion d’énergies renouvelables
·Stations de conversion en courant continu haute tension (HVDC)

Avantages
·Conversion fiable du courant alternatif en courant continu
·Prise en charge de charges en courant continu à fort intensité
·Optimisation pour les environnements riches en harmoniques
·Rendement amélioré pour les applications de redressement
·Configurations flexibles de tension et de déphasage
·Grande résistance mécanique et thermique

Considérations de conception
Les transformateurs de redressement sont conçus pour répondre aux défis suivants :
·Courants harmoniques générés par les redresseurs
·Augmentation des pertes par courants de Foucault et des pertes parasites
·Effets de magnétisation en courant continu
·Charge thermique élevée
·Exigences en matière de régulation de tension
·Forces électromagnétiques lors de courts-circuits
·Compatibilité avec la configuration des impulsions du convertisseur

Normes applicables

Les normes internationales courantes comprennent :
·CEI 60076 – Transformateurs de puissance
·CEI 61378 – Transformateurs de convertisseurs
·IEEE C57.18.10 – Pratiques et exigences relatives aux transformateurs de redresseurs et de fours
·CEI 60146 – Convertisseurs à semi-conducteurs
·Spécifications industrielles propres au client

Installation type
Une installation de transformateur de redressement comprend généralement :
·Appareillage haute tension
·Transformateur de redressement
·Pont redresseur à diodes ou à thyristors
·Reactor de lissage
·Filtres d’harmoniques
·Appareillage de commutation CC
·Relais de protection
·Équipement de refroidissement
·Systèmes de surveillance et de contrôle

Résumé
Un transformateur redresseur est un transformateur spécialement conçu pour alimenter en courant alternatif les systèmes de redressement, permettant ainsi une conversion efficace en courant continu. Sa conception thermique et mécanique robuste, sa tolérance aux harmoniques et ses configurations d’enroulements personnalisables en font un élément indispensable pour les applications industrielles exigeantes telles que l’électrolyse, le traitement des métaux, les systèmes de traction et le CCHT. Comparé à un transformateur conventionnel, il offre des performances et une fiabilité supérieures lorsqu’il alimente des charges continues non linéaires.