Sur un chantier ou dans un atelier, on récupère un moteur triphasé 380V mais l’alimentation disponible est en 220V monophasé. Ou l’inverse : on dispose d’une arrivée triphasée et on doit alimenter des équipements domestiques en 220V. Dans les deux cas, un transfo 380V en 220V résout le problème, à condition de bien dimensionner la puissance et la section de câble en amont. Sans ce calcul, on risque la surchauffe, le déclenchement des protections ou la destruction du transformateur.
Puissance apparente en kVA : le vrai point de départ du calcul
La plupart des guides parlent de « puissance du transfo » sans préciser de quoi on parle. Sur la plaque signalétique d’un transformateur, la puissance est exprimée en VA ou en kVA, pas en watts. C’est la puissance apparente, qui combine la composante active (watts) et la composante réactive.
Pour dimensionner correctement, on part du courant et de la tension côté secondaire. En monophasé 220V, la formule est directe : P(VA) = U x I. Si l’appareil à alimenter consomme 10 A sous 220V, on a besoin d’un transfo d’au moins 2 200 VA.
En triphasé 380V côté primaire, la relation change. La formule devient P = racine de 3 x U x I x cos(phi). Le facteur racine de 3 (environ 1,73) traduit le décalage entre courant de ligne et courant de phase. Oublier ce coefficient revient à sous-dimensionner le transfo d’environ 40 %.
Facteur de puissance : pourquoi il change tout
Le cos(phi) varie selon la charge. Un moteur électrique tourne souvent avec un facteur de puissance entre 0,7 et 0,85. Une résistance chauffante est proche de 1. Prendre cos(phi) = 1 par défaut, c’est sous-estimer le courant réel qui circule dans les enroulements du transformateur.
En pratique, on applique une marge de sécurité. On surdimensionne le transfo d’environ 20 % par rapport au calcul théorique. Cela couvre les appels de courant au démarrage et les imprécisions sur le facteur de puissance réel de la charge.
Section de câble entre transfo 380V et équipement 220V : la chute de tension compte
Le choix de la section de câble ne repose pas uniquement sur l’intensité. La longueur du câble modifie la section nécessaire, parce qu’elle détermine la chute de tension en ligne. Sur une installation basse tension, on admet généralement une chute de tension maximale de 3 % pour l’éclairage et de 5 % pour les autres usages.
La formule de chute de tension en monophasé est : delta U = 2 x rho x L x I / S, où rho est la résistivité du conducteur (cuivre ou aluminium), L la longueur aller du câble, I le courant et S la section. En triphasé, le coefficient 2 est remplacé par racine de 3.
Tableau simplifié : intensité, longueur et section en cuivre
Les valeurs ci-dessous correspondent à du câble cuivre, pour une chute de tension inférieure à 5 %, en monophasé 220V :
| Intensité (A) | Longueur max avec 1,5 mm² | Longueur max avec 2,5 mm² | Longueur max avec 6 mm² |
|---|---|---|---|
| 10 | Quelques mètres | Environ le double | Distances plus longues |
| 20 | Très court, souvent insuffisant | Quelques mètres | Distances moyennes |
| 32 | Non adapté | Très court | Quelques mètres |
Ce tableau donne des ordres de grandeur. Un câble trop long pour sa section provoque un échauffement et une perte de tension qui peut empêcher le démarrage d’un moteur. Sur des distances importantes (plusieurs dizaines de mètres), on passe à des sections de 10 mm² ou plus.
Impédance de court-circuit du transformateur : un paramètre souvent ignoré
Sur la plaque d’un transfo, on trouve une valeur notée Ucc (tension de court-circuit), exprimée en pourcentage. Ce paramètre définit le courant maximal que le transfo peut débiter en cas de court-circuit côté secondaire. Il a un impact direct sur le calibre des protections à installer en aval.
Un Ucc faible signifie un courant de court-circuit élevé. Dans ce cas, les disjoncteurs et fusibles doivent avoir un pouvoir de coupure suffisant. Un Ucc élevé limite le courant de défaut mais augmente la chute de tension en charge. Dimensionner les protections sans connaître le Ucc du transfo est une erreur de conception.
Sur les petits transformateurs monophasés (quelques kVA), ce point est rarement mentionné dans les notices. On le retrouve davantage sur les transfos industriels. Si cette donnée manque, il vaut mieux contacter le fabricant avant de calibrer la protection différentielle.
Raccordement pratique : schéma électrique et protection différentielle
Côté primaire (380V triphasé), le câble arrive sur les bornes du transfo avec une protection adaptée : disjoncteur magnétothermique calibré sur le courant primaire. Côté secondaire (220V), on installe une protection séparée, dimensionnée selon le courant de sortie.
Voici les éléments à vérifier avant la mise sous tension :
- Le rapport de transformation correspond bien au besoin (380V/220V ou 400V/230V selon le réseau réel)
- La section des câbles primaire et secondaire est adaptée à l’intensité et à la longueur du parcours
- Un dispositif différentiel protège le circuit secondaire contre les défauts d’isolement
- La mise à la terre du secondaire est réalisée conformément au schéma de liaison à la terre de l’installation
Les retours varient sur le choix entre différentiel 30 mA et 300 mA côté secondaire. En environnement domestique ou si des personnes non qualifiées accèdent aux équipements, le 30 mA s’impose.
Variateur de fréquence : une alternative au transfo dans certains cas
Pour alimenter un moteur triphasé depuis un réseau monophasé 220V, un variateur de fréquence (VFD) accepte du 220V mono en entrée et délivre du triphasé en sortie. Cette solution remplace le transformateur quand la charge est exclusivement un moteur. Le variateur adapte la fréquence et la tension simultanément, ce qui permet aussi de régler la vitesse.
Attention : la puissance disponible en sortie d’un variateur alimenté en monophasé est réduite par rapport à une alimentation triphasée. On applique généralement un déclassement, ce qui impose de choisir un variateur de calibre supérieur à la puissance nominale du moteur.
Le dimensionnement du câble entre le variateur et le moteur suit les mêmes règles de section et de chute de tension que pour un transfo classique. La longueur maximale dépend aussi des perturbations électromagnétiques générées par le variateur, qui peuvent nécessiter un câble blindé au-delà de quelques mètres.
