Transformateur : comment il est bobiné et pourquoi il chauffe

Un transformateur ne contient aucune pièce en mouvement, mais il dépend lui aussi entièrement de son bobinage. Comme pour un moteur, c’est l’enroulement de cuivre qui fait le travail, et c’est lui qui tombe en panne.

Le principe

Deux enroulements, le primaire et le secondaire, sont placés autour d’un noyau de tôles magnétiques. Le courant alternatif du primaire crée un flux dans le noyau, qui induit une tension dans le secondaire. Le rapport entre les tensions est celui du nombre de spires : plus de spires au primaire qu’au secondaire, et la tension baisse.

Conséquence pratique : un transformateur ne s’alimente pas n’importe comment. Le flux dans le noyau dépend de la tension et de la fréquence. Appliquer du courant continu, ou une fréquence nettement plus basse que celle prévue, fait monter le courant magnétisant jusqu’à saturer le noyau, et l’appareil chauffe bien au-delà de ce que laisserait penser sa puissance. La plaque indique la tension, la fréquence et la puissance apparente en voltampères : ces données doivent correspondre à l’installation avant toute remise en service.

D’où viennent les pertes ?

Deux familles de pertes se transforment en chaleur. Les pertes dans le fer tiennent au noyau, soumis à un champ qui s’inverse en permanence ; on les réduit avec des tôles fines et isolées entre elles. Les pertes dans le cuivre tiennent à la résistance des enroulements et augmentent avec le courant. Un transformateur très chargé chauffe donc davantage.

Sec ou immergé

Les petits transformateurs sont refroidis par l’air. Les plus puissants peuvent être plongés dans un liquide isolant qui évacue la chaleur. Le choix conditionne les contrôles possibles : on analyse le liquide d’un transformateur immergé, alors qu’on inspecte et mesure l’isolement d’un transformateur sec.

Pour un transformateur sec, l’ennemi discret est la poussière : mêlée d’humidité, elle forme un dépôt conducteur sur les enroulements et obstrue les canaux de ventilation. Un dépoussiérage à l’air sec, hors tension, et une mesure d’isolement régulière font partie de l’entretien de base. Un local mal ventilé réduit aussi le refroidissement : à charge égale, le même appareil s’échauffe davantage et son isolant vieillit plus vite. Une grille de ventilation obstruée ou un appareil installé trop près d’un mur produit le même effet.

Les pannes courantes

• Spires en court-circuit : l’isolant entre deux spires voisines a cédé, le courant augmente et l’échauffement aussi.
• Défaut d’isolement vers la masse ou entre primaire et secondaire, souvent lié à l’humidité ou au vieillissement.
• Surcharge prolongée qui accélère le vieillissement de l’isolant.

Ce que contrôle un atelier

Avant de proposer un rebobinage, l’atelier mesure le rapport de transformation, la résistance de chaque enroulement et l’isolement. Après réparation, il refait les mêmes mesures et vérifie l’échauffement. Pour un appareil installé sur un réseau, la remise en service reste soumise aux règles de sécurité électrique de l’exploitant.