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Les autotransformateurs par GL du forum électricité





Les autotransformateurs par GL du forum électricité : Questions réponses sur l'installation d'un autotransformateur.

Les autotransformateurs.

Un autotransformateur est assimilable à un enroulement bobiné sur un circuit magnétique, cet enroulement présentant des prises sur certaines spires. Donc un seul bobinage (en monophasé), et trois en triphasé pour les grosses machines..
Un transformateur possède des enroulements distincts et isolés les uns par rapport aux autres. A puissances apparentes égales un transformateur sera forcément plus volumineux, plus lourd, plus cher qu'un autotransformateur.

On trouve des gros autotransformateurs sur les lignes EDF pour réduire la tension, par exemple de 400 kV à 230 kV.
En distribution finale ERDF ce sont des transformateurs usuels triphasés, donc avec isolement.primaire/secondaire, avec couplages spécifiques impliquant un neutre au secondaire.
Dans les gadgets on trouve des modèles du type 110 / 220 pour adapter des récepteurs canadiens sur nos réseaux par exemple (et en caravaning). Sous des faibles volumes on peut avoir rapidement quelques centaines de VA.
On trouve également des petits autotransformateurs sur certains moteurs d'anciennes VMC domestiques permettant de faire des montages à 3 vitesses.

Par contre, au niveau sécurité des personnes, c’est zéro. Et en cas de défaut sur un abaisseur, on peut se retrouver avec la tension primaire au secondaire en cas de coupure d’un fil. Cet incident est décrit en 15.

Transformateur USA - France : Sur le forum électricité des questions sont fréquemment posées concernant le matériel électroménager, hifi... acheté dans un pays où le matériel fonctionne en 110 volts. Ces personnes se posent la question de comment pouvoir le faire fonctionner en France sur le 230 volts. Il y a aussi quelques cas où c'est l'inverse, le dernier de mémoire est une contributrice du forum qui voulait faire fonctionner sa machine à coudre qu'elle avait emmenée à New-York.
Nous allons essayer de répondre aux principales questions concernant le fonctionnement de 110 V / 230 V.
Même si de nos jours une majorité d'appareils fonctionne en bitension (110 V / 230 V).

affichage multimètres 110 v 230 v

Questions / Réponses concernant le choix et les inconvénients que peut engendrer l'installation d'un autotransformateur, sur quel type de matériel peut-on rencontrer des problèmes qui empêcheraient le fonctionnement même en utilisant un autotransformateur...

1- Comment choisir un autotransformateur bien dimensionné (adapté à la consommation électrique de l'appareil) pour faire fonctionner un appareil 110 V sur du 230 V ?
Il faut s'assurer qu'il pourra débiter l'intensité voulue dans le récepteur sous sa tension nominale de sortie. Le produit des deux grandeurs donnera la puissance apparente de l'autotransformateur exprimée en VA. On prendra un coefficient de sécurité ; par exemple si une charge demande 80 VA, on prendra un autotransformateur 100 VA.

2- Y a-t-il des risques de sécurité électrique en utilisant un autotransformateur ?
Oui, car il n'y a pas d'isolement entre l'entrée et la sortie de l'appareil. Ce n'est donc pas un appareil de sécurité.

3- Un autotransformateur peut-il engendrer des problèmes de fonctionnement sur certains appareils ? Si oui lesquels ?
Normalement non, mais ce n'est pas un transformateur de séparation des circuits. Il n'appartient pas à la famille des transformateurs de sécurité.

4- Le fait d'utiliser un autotransformateur sur un appareil cela augmente-t-il la consommation électrique ?
Non, ou plutôt, assez peu. Comme toute machine il a un rendement, donc des pertes dont certaines sont constantes (pertes fer) et d'autres dépendant de la charge (perte joule) ; ces pertes sont transformées en chaleur ce qui fait que le circuit magnétique est tiède.

5- Quelle est la différence de fonctionnement pour les fréquences 50 Hz / 60 Hz ?
Il y en a assez peu en première approximation, concernant la puissance nominale et les pertes, mais elles existent.
En général un transformateur de distribution est conçu pour fonctionner sous une tension d'alimentation et une fréquence spécifiques. Modifier la fréquence de fonctionnement change le point de fonctionnement magnétique de la machine.
Pour des applications de petite puissance en monophasé (quelques dizaines de VA) on dira que les différences de fonctionnement sont tolérables. Mais on peut pinailler et rentrer dans les détails sur demande.

Une anecdote : les orgues Hammond made in USA fonctionnaient en 110 V 60 Hz ; le fait d'importer la machine en Europe, sous 50 Hz faisait que l'accord des notes était considérablement modifié, le générateur de son électromécanique étant lié à la fréquence de la tension d'alimentation du fait de l'usage d'un moteur synchrone. Mais on a su remédier au problème.

6- Prix pour la transformation d'un appareil. Cela vaut-il le coup ?
Quand on veut utiliser un appareil acheté en Amérique du nord, cela peut se concevoir. Mais le cout augmente avec la puissance apparente. Sans compter l'encombrement qui peut être prohibitif. La réponse serait donc : "ça dépend".
Dans une majorité de questions du forum on déconseille de ramener de l'étranger des appareils électroménagers ou autres fonctionnant en 110 V.

7- Peut-on utiliser sans risque un ancien transformateur 220 V / 110 V récupéré sur une brocante ou autre ?
Non, car l'appareil est peut-être défectueux avec un défaut d'isolement. Il vaut mieux effectuer les vérifications d'usage, mais pour cela il faut être proche du métier.

8- Comment savoir si un autotransformateur est HS ou en état de fonctionnement ?
Déjà, on vérifie avec un ohmmètre qu'aucune des bornes est en continuité avec le circuit magnétique métallique. Ensuite on alimente l'entrée sous la tension nominale et l'on vérifie que l'appareil ne chauffe pratiquement pas. On mesure la tension de sortie à vide. Enfin, on peut charger la sortie jusqu'à l'intensité nominale et l'on vérifie que la tension de sortie est dans la limite de tolérance, donc quelques % en dessous de la tension de sortie à vide.

9- Qu'appelle-t-on le primaire et le secondaire ?
A défaut de dessin, on imagine un seul et unique enroulement bobiné sur un circuit magnétique, et possédant 2 extrémités notées A et B avec 500 spires. On désigne par C le point milieu du bobinage. Le primaire sera donc entre A et B, le secondaire entre B et C. Dans ce cas on aurait fait un autotransformateur abaisseur de tension si on alimente entre A et B alors que la charge sera connectée entre B et C.
En réalité, compte tenu de la chute de tension en charge prévisible, la connexion C sera telle que le nombre de spires entre B et C sera supérieur à 250. Cela signifie qu'à vide la tension sera nécessairement supérieure à 110 V.
Mais cette appellation (primaire et secondaire) est impropre car en réalité il n'y a qu'un seul bobinage, contrairement à un transformateur d'isolement qui en comporte deux, qui sont réellement un bobinage primaire et un bobinage secondaire ; en abrégé : primaire et secondaire.

10- Un transformateur ou un autotransformateur est-il réversible ?
Oui, mais il ne faut pas s'attendre à un fonctionnement idéal concernant le rapport de transformation de la tension.
Dans l'exemple cité en 9, l'autotransformateur est abaisseur de tension 220 vers 110 V environ.
Si on alimente entre B et C sous 110 V, on pourra brancher une charge entre A et B ; la tension à vide sera proche de 220 V mais diminuera en charge.
Puisqu'on l'évoque, le rapport de transformation est le rapport des nombres de spires secondaire et primaire. Mais on ne peut pas faire un cours ici.

11- Doit-on raccorder un autotransformateur à la terre de l'installation électrique ?
Oui, comme tout appareil métallique relié au secteur.
Il en est de même pour les transformateurs d'équipement des machines (230 V / 24 V) ; dans ce cas il y a des règles de raccordement et de protection précises à mettre en œuvre, notamment pour le raccordement de la carcasse et d'une borne secondaire à la terre.

12- Que signifie la puissance apparente en voltampères (VA) et comment la convertir en puissance active en watts (W) ou inversement ?
La puissance apparente exprimée en VA est le critère principal de choix d'un transformateur. En gros c'est le produit tension de sortie (à vide) x intensité nominale (on dit aussi assignée).
On pourra retenir que la puissance apparente nominale fixe la taille et le poids du transformateur.
La puissance active en W dépend de la charge connectée en sortie, et de son paramètre appelé facteur de puissance (ou cosinus(phi)). Phi est un angle orienté de I vers U (en vecteur).

Dans le cas d'une résistance pure (radiateur de chauffage, lampe à incandescence), ce récepteur est dit résistif pur et Phi est nul (son cosinus vaut 1). Dans ce cas intensité et tension instantanées (de formes sinusoïdales) sont en phase et on peut assimiler la puissance apparente S en VA et la puissance active P en W : P = S

Pour un moteur asynchrone ou un transformateur il n'en n'est pas de même. A vide, cosinus(Phi) est très faible puis augmente quand la machine est chargée ; dans ce cas on écrit
P = U×I×cosinus(Phi). avec P en watts, U en volts et I en ampères.

En gros, si le facteur de puissance cosinus(Phi) est petit, la charge peut absorber du courant sans que la puissance active soit importante, alors que la puissance apparente peut l'être ; le transformateur peut alors absorber sa puissance apparente nominale et fonctionner au maximum de ses caractéristiques d'intensité alors de la puissance active transmise est faible. Mais c'est un cours complet qu'il faudrait, avec des crayons de couleur pour faire des beaux diagrammes.

13- Les autotransformateurs ont-ils tous une protection type fusible ou autre ?
Généralement non. Un transformateur se protège avec des fusibles temporisé au primaire et rapide au secondaire.
Nota : jusqu'ici on évoque les transformateurs ou autotransformateurs monophasés, mais ce qui est écrit est relatif aux machines triphasées.

14- Pour une utilisation en extérieur faut-il un autotransformateur spécifique et y a-t-il des précautions à prendre ?
Il faut prendre les précautions d'usage contre les intempéries quel que soit le modèle.
Bien des transformateurs ou autotransformateurs de très forte taille utilisés sur le réseau très haute tension (HT A) sont bien évidemment installés en plein air. Il suffit de jeter un œil derrière les murs des installations ERDF.

15- Quel est le danger spécifique d'un petit autotransformateur vis à vis des personnes ou des équipements ?
Dans l'exemple cité en 10, on constate que la borne B est commune entre entrée et sortie : il n'y a donc pas d'isolement de la charge vis à vis du réseau. Si B est reliée à la phase du réseau, il vaudrait mieux que l'opérateur ne touche pas cette borne.
Si pour une cause indéterminée le bobinage entre C et B se coupe, la charge va être soumise à la tension d’alimentation appliquée entre A et B. Si l'on comptait sur la tension moitié du secteur, c'est fichu.

16- Qu'est-ce qu'un transformateur de sécurité ?
On a compris que ce n'était donc pas un autotransformateur. C'est donc un transformateur classique avec bobinages primaire et secondaire séparés qui est fabriqué pour qu'en cas d'incident grave tel qu'une surcharge au secondaire puisse entrainer un dégât important (transformateur grillé) sans que le secondaire soit relié accidentellement au réseau. Des sigles particuliers sur la plaque signalétique indiquent qu'un transformateur est dit de sécurité.

17- Quel est l'avantage d'un autotransformateur par rapport à un transformateur ?
A puissances apparentes égales, un autotransformateur sera moins volumineux et sera moins cher. Avec les inconvénients que l'on a décrits. Mais ceci a déjà été relaté en début d'article.

Ci-joint des photos d'illustration extraites de la photothèque de BricoVidéo concernant les autotransformateurs à usage domestique.

transformateur 230/110 V 85 wattsauto-transformateur 85 wattsautotransformateur 230 volts 110 voltsadaptateur prise USA Europe

Petit autotransformateur de 85 watts, peut être utilisé pour les appareils de faible consommation du type rasoir, poste de radio et petit électroménager... Cet autotransformateur est protégé par fusible et livré avec un adaptateur prise USA Europe visible sur la photo n°1.

autotransformateur 220v 110vtransformateur 230 115auto transformateur 750va

Autotransformateur 750 VA (voltampères) de moyenne puissance utilisable pour l'outillage électroportatif, les appareils électroménagers de moyenne puissance type appareils hi-fi, machine à coudre, robot de cuisine, blender...

autotransformateur 250vaautotransfo 250vaautotransformateur alimentation hifi

Autotransformateur 250 VA qui a la particularité d'être moulé dans une résine ce qui a pour avantage d'éviter le bruit provoqué par les entrefers de certains transformateurs, j'utilise ce type d'autotransformateur pour l'alimentation de préamplificateurs audio d'origine américaine.

Transformateur USA - France : Conseils si votre appareil est équipé d'origine d'une prise américaine, ne pas la remplacer par une prise européenne cela vous évitera de brancher accidentellement votre matériel sur du 230 volts quand vous voudrez le raccorder vous serez obligé d'utiliser un adaptateur ce qui vous rappellera que votre appareil fonctionne en 110 volts.
Pour ma part utilisant beaucoup d'appareils hi-fi en 110 volts je rajoute en plus sur le câble d'alimentation une étiquette avec écrit en rouge Attention 110 volts, ceci afin de m'éviter d'endommager du matériel de collection en cas de prêt.

prise électrique Américaine


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Question traitant d'un sujet complémentaire :
Brancher un transformateur d'isolement

Liens utiles concernant les autotransformateurs :
Scheiber.com
Fabricant d'autotransformateurs : Scheiber (Équipementier électrique Made In France).
Propose plusieurs gammes d'autotransformateurs de 100 VA jusqu'à 6 300 VA, disponible rayon bricolage électricité au sous-sol du BHV à Paris.
Revendeurs d'autotransformateurs :
Conrad, Castorama... ?


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