Bobinage transformateur : sec ou à huile, ce qui se bobine et ce qui s’isole

Le bobinage d’un transformateur se distingue d’abord par son mode d’isolation : sec, avec une isolation à base de résine, ou immergé dans l’huile. Ce guide explique ce que cela change pour les enroulements, comment le fil est isolé, séché et imprégné, ce que montrent les essais, et quelles informations donner à un bobinier pour obtenir un devis.

Transformateur sec ou à huile : qu’est-ce qui change pour le bobinage ?

Les transformateurs immergés dans l’huile ont été inventés vers 1912. Ils permettent des puissances plus élevées, mais leur inconvénient est l’inflammabilité de l’huile. Les PCB, utilisés pour limiter ce risque, ont été interdits en 1987 pour leur toxicité. Les transformateurs secs à isolation résine sont apparus plus tard, en 1965.

Dans les deux cas, les enroulements sont généralement concentriques, ce qui limite le flux de fuite, et un isolant sépare le primaire du secondaire. Les isolations se placent d’ailleurs à quatre endroits : entre spires, entre enroulements, entre enroulement et noyau, et aux bornes. Les grands transformateurs à huile enveloppent leurs enroulements de papier isolant, imprégné d’huile à l’assemblage.

Comment est isolé un enroulement de transformateur ?

L’isolation des spires repose sur le conducteur lui-même : un fil rond ou un feuillard recouvert de vernis cuit, appelé émail. Le feuillard est parfois rubané, ou placé sous un ruban de fibre de verre imprégné de résine. Pour les faibles puissances, on utilise des conducteurs émaillés. Pour des tensions plus hautes, on trouve du papier minéral imprégné d’huile.

Les grands transformateurs utilisent des conducteurs multibrins transposés, qui réduisent les pertes par courants de Foucault. Leurs prises de réglage sont généralement placées sur l’enroulement de plus haute tension. Le noyau, lui, est feuilleté en tôles vernies, isolées entre elles, pour limiter ces mêmes courants. Pour une autre machine à enroulements, voyez le bobinage d’alternateur ou le rebobinage d’un moteur haute tension.

Séchage, vernis, imprégnation et cuisson : pourquoi tout l’enroulement est traité

Avant l’huile, les enroulements sont séchés de leur humidité résiduelle : air chaud autour du noyau, huile chauffée, séchage en phase vapeur ou, pour les petits appareils, chauffage par un courant injecté dans les enroulements. Le bobinage, ou parfois le transformateur entier, est ensuite verni par gravité ou sous vide et pression, puis cuit.

Le vide et la pression font pénétrer la résine dans l’isolation des enroulements et chassent les poches d’air. Les bobines peuvent aussi être trempées, enduites ou coulées en bloc dans la résine. Un guide d’atelier, non normatif, note que l’imprégnation sous vide et pression est un procédé industriel réservé aux fortes puissances ou à la classe H. Le guide sur le vernis et l’imprégnation de bobinage détaille ces procédés.

1. Conducteur isoléFil rond ou feuillard recouvert de vernis cuit.
2. Enroulement concentriqueLa disposition limite le flux de fuite.
3. Isolant entre primaire et secondaireIl sépare les deux enroulements.
4. SéchageL’humidité résiduelle est retirée avant l’huile.
5. ImprégnationPar gravité, ou sous vide et pression.
6. CuissonElle termine le traitement de l’isolation.

Les grandes étapes qui mènent du fil isolé au bobinage terminé.

Chaque classe d’isolation correspond à une température maximale, et la durée de vie chute vite au-delà. Une règle empirique dit que la durée de vie de l’isolant est environ divisée par deux à chaque hausse de 7 à 10 °C de la température de fonctionnement.

Pertes cuivre, pertes fer : ce que montrent les essais

L’essai à vide se fait à la tension nominale ; le courant à vide étant très faible, il donne les pertes fer, celles du circuit magnétique. L’essai en court-circuit se fait à tension réduite et courant nominal : il donne les pertes Joule, celles des enroulements, appelées aussi pertes cuivre. À vide, le secondaire ne débite rien, et le rapport de transformation se mesure comme le rapport des tensions, égal au rapport des nombres de spires.

Un guide d’atelier cite l’ordre d’essai suivant : continuité, résistances, rapport à basse tension, essai à vide, essai en charge, puis isolement.

La mesure d’isolement : humidité et vieillissement

La mesure d’isolement relève des lectures à 15 secondes, 1 minute et 10 minutes, qui servent à calculer l’indice de polarisation. Des valeurs basses, ou en baisse, signalent de l’humidité ou du vieillissement. La valeur se ramène à 20 °C pour pouvoir être comparée, et la température se note à chaque essai.

Une baisse de résistance d’isolement peut signaler une entrée d’humidité. Le séchage se fait alors par chauffage ou avec un sécheur sous vide.

Quelles informations donner à l’atelier ?

Indiquez la puissance, les tensions primaire et secondaire, le mode de refroidissement et le type : sec ou immergé dans l’huile. La plaque signalétique rassemble en général ces données. Le guide sur la bobine d’électrovanne montre, à plus petite échelle, comment lire ce qui est marqué sur une bobine.

Demander un devis

Une fois ces informations réunies, vous pouvez envoyer une demande de devis pour votre transformateur. Le professionnel du bobinage examinera l’appareil et vous répondra sur la suite à donner.