thumb|3 Changeurs de prises (1 par phase) pour un transformateur de forte puissanceLe sélecteur est la partie basse où sont connectés les câblesLe commutateur se trouve dans le cylindre de la partie haute thumb|Schéma de principe d'un changeur de prises, en haut le sélecteur, en bas le commutateur de type drapeau Un changeur de prises d'après la désignation de la commission électrotechnique internationale, régleur en charge, d'après la désignation RTE, est un appareil permettant de rajouter ou de retrancher des spires à l'enroulement principal du transformateur. Le rapport de transformation du transformateur peut ainsi être adapté aux conditions de charge sur le réseau afin de maintenir la tension à un niveau optimal. Les changeurs de prises peuvent être hors circuit ou en charge, dans le premier cas le courant doit être interrompu avant de changer la prise alors que ce n'est pas nécessaire dans le second cas. Ces derniers sont constituées de 2 parties : le sélecteur et le commutateur. Un pré-sélecteur peut être ajouté pour augmenter le nombre de prises disponibles. Le sélecteur permet comme son nom l'indique de sélectionner la prise. Il ne peut être déplacé que lorsque le courant ne le traverse pas. Le commutateur permet de faire transiter le changeur de prises d'une prise à l'autre sans interrompre le service. Plusieurs principes de fonctionnement existent pour ce dernier : en drapeau ou en fanion symétrique. Un mécanisme d'entraînement permet d'actionner le commutateur. L'ordre de changer la prise est donné par un composant électronique nommé régulateur de tension. Le changeur de prises peut être placé à l'intérieur ou à l'extérieur du transformateur selon les cas. Par ailleurs, il nécessite des systèmes de protection pour éviter sa destruction en cas de défaut.

Sur le plan historique, les premiers changeurs de prises en charge modernes sont apparus en 1926, depuis le principe de fonctionnement a peu changé. Les années 2000 ont vu l'introduction des interrupteurs à vide dans les changeurs de prises, ce qui réduit considérablement leur maintenance. Des changeurs de prises électroniques sont à l'étude, mais les pertes par conduction dans les éléments semiconducteurs sont un obstacle majeur.

Objectif La charge d'un réseau électrique n'est pas constante, ces variations influent notamment sur la tension du réseau. Pour permettre au réseau de maintenir une tension stable plusieurs solutions existent, l'une d'entre elles est de modifier le rapport de transformation des transformateurs de puissance présents dans le réseau. Une autre application du changeur de prises est dans l'industrie où il peut aider au démarrage des moteurs électriques.

Histoire thumb|left|Changeur de prises selon le principe de Jansen avec son module de contrôle, construit en 1952 et exposé au Deutsches Museum

Les premiers changeurs de prises sont réactifs. L'apparition du premier changeur de prises en charge résistif date de 1926 lorsque le docteur Bernhard Jansen déposa le brevet du changeurs de prise résistif, décrivant le principe de fonctionnement toujours en usage de nos jours. Soucieux d'industrialiser son invention, il confie sa fabrication à la Maschinenfabrik Reinhausen (fabrique de machine de Reinhausen) à Ratisbonne. Si les premiers sont installés en 1929, il faut attendre les années 1950 pour qu'ils dominent le marché au Royaume-Uni et les années 1980 aux États-Unis. De nos jours les changeurs de prises résistifs sont majoritaires dans la quasi-totalité des pays.

Si bien sûr des améliorations techniques furent faites entretemps, la principale innovation arriva en 2000 quand MR lança le premier changeur de prise utilisant des interrupteurs à vide évitant le souillement de l'huile et permettant des délais entre les maintenances beaucoup plus importants.

Enroulement de réglage

Physiquement, un changeur de prises permet de modifier l'inductance de l'enroulement primaire ou secondaire d'un transformateur de puissance. Pour ce faire un enroulement supplémentaire appelé enroulement de réglage est intégré au transformateur, il est connecté en série à l'un de ses enroulements. Il est subdivisé en petites sections d'un nombre de spires régulier qu'on peut brancher séparément, on dit que l'on branche telle ou telle .

Pour économiser de l'isolation, et ainsi réduire la taille et les coûts du transformateur, l'enroulement de réglage est intégré directement à l'un des deux autres enroulements quand cela est possible. Il est nettement séparé dans les transformateurs de grande puissance.

La majorité des transformateurs ont leur enroulements de réglage connecté au primaire. En effet la puissance provient en général du primaire et est transporté vers le secondaire (à l'exception notable des transformateurs accolés à des générateurs), la tension appliquée se trouve au primaire. En faisant varier l'inductance de l'enroulement primaire on peut maintenir la tension par spires dans l'enroulement constante, et ce faisant la densité de flux magnétique également constante. Sachant qu'un transformateur de puissance cherche à travailler avec une densité de flux maximale sans monter en saturation, l'utilisation de l'enroulement primaire permet d'exploiter le transformateur au plus proche de sa limite sans prendre le risque de la saturation. Par ailleurs, le courant traversant l'enroulement primaire est plus faible que celui traversant le secondaire, cela permet de diminuer le diamètre de la bobine employée.

Changeur de prises hors circuit Le changeur de prises hors circuit permet de modifier l'impédance d'un enroulement du transformateur (généralement le primaire). Il n'y a pas d'enroulement dans le changeur de prise. Le changeur de prises est un élément purement mécanique, les inductances qui sont représentées font partie de l'enroulement de réglage se trouvant dans le transformateur autour du noyau magnétique tout comme les enroulements primaire et secondaire. Le changeur de prises sert à connecter ou non ces spires dans le circuit principal. Un changeur de prises hors circuit, contrairement à un changeur de prises en charge, ne contient pas de commutateur, seulement un sélecteur. L'intérêt du premier par rapport au second est une plus grande fiabilité de par sa plus grande simplicité et son coût inférieur.

Dans un changeur de prises hors circuit le changement de prises se fait soit de manière manuelle soit grâce à un mécanisme d'entraînement. On peut imaginer un changeur de prises hors circuit extrêmement simple, dans lequel les prises de l'enroulement de réglage sont placées près de la surface de l'huile dans la cuve et où le changement de prises s'effectue en déplaçant le conducteur faisant la liaison simplement en le dévissant et en le revissant sur la nouvelle prise. Le risque de perte de vis dans l'huile, tout comme le fait de devoir ouvrir la cuve, sont cependant de gros désavantages pour ce montage.

Dans le cas où le changeur de prises hors circuit sert peu, il faut veiller au bon état des contacts. En effet, la résistance d'un contact qui n'a pas servi depuis longtemps peut être plus élevée que prévu, cela entraîne un échauffement qui, par décomposition de l'huile, conduit à la formation d'une couche de carbone sur le contact qui élève encore sa résistance. Le phénomène peut mener à la formation d'un arc électrique et au déclenchement du relais Buchholz du transformateur. Il convient donc pendant les maintenances d'utiliser toutes les prises du changeur de prises hors circuit pour éviter les mauvais contacts.

Ils sont surtout utilisés pour les transformateurs de distribution, ou pour des transformateurs auxiliaires. Ainsi le transformateur d'une centrale électrique qui est peu connecté au réseau peut avoir intérêt à être équipé d'un changeur de prises hors circuit, la prise est réglée avant chaque synchronisation.

Changeur de prises en charge mécanique Principe Un changeur de prise en charge reprend le principe d'un changeur de prises hors-circuit à la différence qu'il peut modifier la prise sans interrompre le transfert d'énergie, ce qui est capital dans un réseau électrique . Par ailleurs, il doit le faire sans court-circuiter aucune partie de l'enroulement du transformateur. Il est constitué principalement de deux parties généralement distinctes : le sélecteur qui est le d'une part et d'autre part le commutateur qui a donc la fonction d'établir ou de couper le courantCEI 60214-1, clause 3.3, version 2003. Dans le cas d'un cycle en drapeau sélecteur et commutateur sont confondus.

Sélecteur Le sélecteur sert donc à sélectionner la prise par laquelle va circuler le courant en régime permanent (contact 1 à 8 du schéma ci-contre). En plus de la partie linéaire, un pré-sélecteur peut être ajouté afin d'augmenter le nombre de prises ou leurs amplitudes. Il peut être de deux types : à réglage grossier ou inverseurCEI 60214-1, clause 3.7 et 3.8, version 2003. Prenons l'exemple ci-contre, en mode linéaire, le changeur de prise dispose de , on peut donc choisir entre 5 valeurs du rapport de transformation différentes. Le pré-sélecteur à réglage grossier permet d'ajouter ou non un nombre important de spires aux précédentes prises, on obtient donc 10 possibilités au total. Le pré-sélecteur inverseur permet quant à lui d'ajouter ou de soustraire des spires. Il est à noter qu'il faut que le sélecteur soit positionné sur le point pour pouvoir commuter le pré-sélecteur. On obtient donc dans cette configuration la prise principale +/- 5 positions soit un total de 11 positions possibles. Les contacts des sélecteurs sont déplacés en absence de courant les parcourant, ils ne subissent donc pas d'arc électrique. thumb|center|upright=2.0|Les différents types de sélecteur

Commutateur Principe Le changement de prise nécessite le passage par un état où 2 prises sont simultanément fermées (dans le schéma ci-contre la 2 et la 3), un courant de commutation s'établit alors entre la prise 2 et 3, il circule au travers du commutateur (A, B). Il est nécessaire de limiter au maximum ce courant pour éviter qu'il n'endommage la bobine, pour cela deux résistances sont présentes dans le circuit (A et B). Ces résistances sont souvent réalisées en nickel-chrome. Pour ne pas introduire de résistances inutiles en régime permanent ces résistances ne sont connectées que lors de la commutation. Par ailleurs un autre mécanisme de limitation du courant de commutation existe : une inductance peut être utilisée en lieu et place de la résistance Cette solution est surtout utilisée en Amérique du Nord. Elle a pour avantage de permettre plus de positions différentes, la réactance de commutation pouvant être laissée dans le circuit en régime permanent ou non. Si le système avec résistance permet de préserver les contacts, il a le défaut de ne pouvoir limiter le courant qu'un faible intervalle de temps. Pour cette raison avant l'arrivée de mécanismes d'entraînement avancés la limitation par inductance était plus répandu. Pour les commutateurs mécaniques dans l'huile il existe deux grandes familles de cycle de commutation : ceux en drapeau et ceux en fanion symétriqueCEI 60214-1, clause 3.50 et 3.51, version 2003.

À cause des arcs électriques, les contacts du commutateur doivent être particulièrement résistants aux hautes températures. L'apparition des alliages tungstène-cuivre en lieu et place du cuivre pur utilisé auparavant a constitué un progrès significatif.

Cycle en drapeau

Dans un cycle en drapeau, le courant traversant est commuté des contacts principaux de commutation avant que le courant de circulation ne s'établisseCEI 60214-1, clause 3.50, version 2003. Le mécanisme de commutation en drapeau présenté ci-contre est le suivant : Le sélecteur de gauche sélectionne la prise 3. Le commutateur se met en action, le contact principal est ouvert. Le courant traversant circule alors à travers la résistance A.