Cet article fournit un aperçu des transformateurs de contrôle, en soulignant leur rôle dans la conversion des hautes tensions en niveaux plus sûrs pour le contrôle des équipements électriques, et met en évidence des considérations telles que les connexions à double tension, le courant d’appel, le courant scellé et les quatre étapes pour choisir le bon transformateur de contrôle.
Les transformateurs de contrôle sont essentiels pour convertir des tensions plus élevées en tensions plus basses et plus sûres, permettant ainsi le contrôle de divers appareils tels que les contacteurs et les démarreurs de moteur. Les connexions à double tension dans les transformateurs de contrôle, souvent comprises entre 240 et 480 volts pour un usage industriel, offrent une flexibilité. Le courant d’appel, qui est une montée temporaire du courant lors du démarrage, est une considération cruciale. Les transformateurs de contrôle doivent être capables de gérer ce courant d’appel élevé sans compromettre la tension secondaire, garantissant ainsi un fonctionnement adéquat des appareils. Le courant scellé, qui indique la capacité nominale du transformateur en fonctionnement normal, est également significatif. Choisir le bon transformateur de contrôle implique d’évaluer à la fois les exigences en matière de courant d’appel et de courant scellé, puis de les associer aux spécifications du transformateur.
Les transformateurs de contrôle sont utilisés pour transformer des tensions plus élevées en tensions plus basses et plus sûres pour le contrôle des équipements électriques. À titre d’illustration, un moteur de 480 volts peut être allumé et éteint par un bouton poussoir connecté à une alimentation de 24 volts, qui est la tension secondaire d’un transformateur de contrôle avec une tension primaire de 480 volts. Le danger que représente le circuit de 24 volts est bien moins important que celui du circuit de 480 volts. Les transformateurs de contrôle fournissent l’énergie nécessaire pour faire fonctionner les contacteurs, les démarreurs de moteur, les lampes indicatrices, les vannes solénoïdes et d’autres dispositifs utilisés pour contrôler les équipements électriques.
Connexions à Double Tension
Les exigences en matière de puissance des dispositifs de contrôle sont généralement assez faibles. Par conséquent, les transformateurs de contrôle ont des puissances en KVA relativement petites, rarement supérieures à 1 KVA. La Figure 1 montre un transformateur de contrôle typique. Dans la plupart des transformateurs de contrôle, l’enroulement H est à double tension – généralement 240 x 480 pour les applications industrielles et 120 x 240 pour les applications résidentielles. L’enroulement X est généralement de 120 volts pour les applications industrielles et de 24 volts pour les applications résidentielles.
Figure 1. Un transformateur de contrôle avec des enroulements H à double tension et des enroulements X. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Hubbell
L’arrangement des connexions de l’enroulement X permet de changer les tensions par la simple connexion d’un cavalier entre les bornes. La connexion pour la tension inférieure consiste à connecter un cavalier entre les bornes X1 et X3 et un autre entre les bornes X2 et X4. Cela met les enroulements X en parallèle pour la tension la plus basse. En utilisant les mêmes deux cavaliers et en les connectant tous deux entre les bornes X2 et X3, les enroulements sont mises en série pour la tension plus élevée.
Courant d’Appel
La loi d’Ohm exige que la chute de tension à travers la résistance augmente à mesure que le courant à travers une résistance augmente. En conséquence de cette chute de tension à travers la résistance de l’enroulement secondaire du transformateur, la tension secondaire sera plus faible avec une charge plus importante. Rappelons qu’un inducteur présente une faible résistance ; la plupart de son opposition au courant provient de la contre-électromotrice (CEMF) induite dans la bobine. Cette CEMF met un certain temps à se développer, et tant que la CEMF n’est pas suffisamment forte pour s’opposer à la tension appliquée, il y aura presque aucune opposition à l’écoulement du courant. Dans le cas d’un transformateur de contrôle alimentant une charge inductive, le courant d’appel peut être dix fois supérieur au courant de fonctionnement normal ou scellé de l’appareil. Étant donné que la capacité du transformateur de contrôle est petite et que la plupart des appareils qu’ils alimentent, tels que les bobines de démarreur de moteur, les bobines de relais et les vannes solénoïdes, sont inductifs, des conceptions spéciales sont nécessaires pour permettre au transformateur de fournir le courant d’appel élevé requis par de telles charges inductives. Le transformateur de contrôle doit être capable de fournir ce courant d’appel élevé sans laisser la tension secondaire descendre en dessous de 85 % de sa valeur nominale, sinon il se peut que la tension ne soit pas suffisante pour faire fonctionner l’appareil.
Courant Scellé
Les transformateurs de contrôle sont classés en VA pour le courant scellé. Par exemple, un transformateur de contrôle de 250 VA 240 – 120 peut fournir le VA normal ou scellé de 250 VA, ce qui équivaut à 2,08 ampères à 120 volts, mais peut également fournir 18 ampères de courant d’appel pendant de courtes périodes sans chute de tension excessive. Il est important de comprendre que ce courant d’appel ne durera qu’un très court laps de temps—peut-être 30 à 50 millisecondes. La quantité de courant d’appel fournie détermine la chute de tension à travers l’enroulement secondaire et, par conséquent, la tension de sortie. Par exemple, le transformateur peut fournir 200 VA tout en maintenant la tension secondaire à 90 % de sa valeur nominale et 260 VA avec la tension secondaire à 85 %. Si le transformateur peut fournir le courant scellé requis mais que la capacité de courant d’appel est trop faible, la chute de tension secondaire peut être trop importante, et la tension peut ne pas être suffisante pour faire fonctionner la charge.
Quatre Étapes pour Choisir le Bon Transformateur de Contrôle
Pour choisir la taille appropriée du transformateur de contrôle, il faut prendre en compte les deux types de courant—d’appel et scellé. Une capacité d’appel insuffisante entraînera une tension qui pourrait être trop basse ; une évaluation du courant scellé ou de fonctionnement trop basse entraînera une surchauffe du transformateur et une défaillance prématurée. Utilisez les quatre étapes suivantes pour déterminer la taille appropriée du transformateur de contrôle pour la charge :
1. À partir des fiches techniques du fabricant, trouvez la capacité VA d’appel de tous les appareils qui seront allumés simultanément. Additionnez-les ensuite pour calculer le maximum de VA d’appel requis. Cela signifie tous les charges inductives, les lampes indicatrices et autres charges non inductives.
2. Déterminez le VA de fonctionnement de tous les appareils déjà actifs lorsque la quantité maximale de VA d’appel sera nécessaire. La somme de ce VA de fonctionnement normal et du VA d’appel de toutes les charges allumées en même temps est le courant d’appel total.
3. À l’aide des fiches de spécifications du transformateur de contrôle, trouvez le transformateur de contrôle avec une capacité VA d’appel suffisante pour fournir le total de VA d’appel calculé à l’étape 2. La plupart des transformateurs sont indiqués avec une capacité VA d’appel à 90 % de tension secondaire, ce qui signifie que le transformateur peut fournir la valeur indiquée de VA d’appel tout en maintenant la tension secondaire à au moins 90 % de nominal.
4. Calculez le plus grand VA de fonctionnement de tous les appareils qui seront en marche simultanément, puis vérifiez que cette valeur est inférieure à la capacité VA scellée ou de fonctionnement du transformateur que vous avez choisi à l’étape 3. Dans la plupart des cas, le transformateur aura une capacité suffisante, mais s’il y a de nombreux appareils, comme des lampes indicatrices et d’autres dispositifs de contrôle, qui restent allumés tout le temps, la capacité VA scellée peut ne pas être suffisamment élevée même si la capacité VA d’appel l’est. Le transformateur choisi doit être capable de fournir le maximum de VA de fonctionnement et, par conséquent, peut avoir une capacité VA d’appel beaucoup plus élevée que ce qui est requis.
Considérez cet exemple : Un démarreur de moteur de taille deux a un VA d’appel de 240 et un VA de fonctionnement de 29. Lorsque le démarreur est activé, une lampe indicatrice qui consomme 20 VA est également allumée. Quelle taille de transformateur de contrôle est requise ? Le VA d’appel requis est la somme du VA d’appel du démarreur de moteur de 240 VA et des 20 VA de la lampe indicatrice, pour un total de 260 VA.
Le VA de fonctionnement est la somme du VA de fonctionnement du démarreur de moteur de 29 et des 20 VA de la lampe indicatrice, soit 49 VA. Un transformateur de contrôle de 50 VA a une capacité VA scellée de 50 et un VA d’appel de 179, tandis qu’un transformateur de 75 VA a une capacité VA de 75 et une capacité VA d’appel de 283. Le choix correct serait le transformateur de 75 VA car il peut fournir à la fois le VA d’appel requis et le VA de fonctionnement nécessaire.
Comprendre les Transformateurs de Contrôle
Les transformateurs de contrôle jouent un rôle essentiel dans les systèmes électriques, facilitant la transformation sûre des hautes tensions en tensions plus basses pour contrôler les équipements électriques. Comprendre comment cela se produit est fondamental pour garantir le bon fonctionnement et la protection de divers appareils, tels que les contacteurs, les démarreurs de moteur et les vannes solénoïdes, contribuant ainsi à l’efficacité et à la fiabilité globales des systèmes électriques.