Transformateurs

Transformateurs
Principe
Le transformateur possède un circuit magnétique
fermé sur lequel on a bobiné deux enroulements (Fig.1).
L’un des deux enroulements, relié à la source de
courant alternatif, s’appelle le primaire ;
L’autre enroulement, reliée à l’utilisation, s’appelle
le secondaire.
Le circuit magnétique est constitué de tôles empilées
pour réduire les pertes par courant de Foucault. Aux
fréquences plus élevées, on emploie des ferrites
électromagnétiques (oxydes de fer contenant de petites
quantités d’oxydes de cobalt ou de nickel) ; leur propriétés
Fig. 1
isolantes empêchent la formation de courant de Foucault.
Rappelons que les courant de Foucault sont des courants qui prennent naissance dans une masse
métallique conductrice, sous l’influence du champs magnétique variable (champs alternatif par exemple).
Le courant alternatif qui traverse le primaire crée un champ magnétique alternatif de même fréquence
dans le circuit magnétique ; Ce champ traverse intégralement le secondaire du transformateur et y engendre une
f.é.m. alternative de même fréquence que la tension primaire.
La représentation symbolique d’un transformateur est donnée Fig. 2
Le symbole 2c indique toutes
les caractéristiques du
transformateur. Le « 1~ » signifie
transformateur monophasé. Le
« 50 » dans l’intervalle des deux
cercles signifie 50 Hz. Les chiffres
« 220 » et « 15000 » indiquent les
tensions aux bornes des
enroulements . Enfin, le chiffre
« 100 » indique le puissance
du transformateur en kVA, soit ici
Fig.2
100 kVA.
Si on applique au primaire une tension V1, on recueille une tension V2 au secondaire. Les tensions
primaires et secondaires sont dans le même rapport que le nombres de spires correspondant ; on a :
V2 = n2
V1 n1
n2 s’appelle : rapport de transformation
n1
A vide, le rapport des tensions efficaces primaires et secondaires est égal au rapport du nombre de spires
des enroulement correspondants.
Si V2 > V1 ; le transformateur est dit élévateur.
Si V2 < V1 ; le transformateur est dit abaisseur.
Le courant à vide est généralement très faible, voir négligeable. Le primaire se comporte dans ce cas
comme une inductance de très forte valeur, et donc, le courant est déphasé de π/2 (90°) en arrière sur la tension.
Comme la puissance en courant alternatif est égale à : P = U · I · cos φ, et que φ = 90°, donc que
cos φ = 0, la puissance absorbée à vide est nulle, ou du moins très faible (car l’inductance possède toujours une
certaine résistance).
Transformateur en charge.
Lorsqu’un courant circule à travers les enroulements (charge au secondaire), le courant produit une
chute de tension dans les conducteurs et, par suite, des pertes par effet Joule.
La tension recueillie au secondaire V’2 est légèrement inférieure à la tension V2 mesurée à vide.
Toutefois, dans un transformateur de bonne qualité, la perte est faible et on peut écrire :
V2 ≈ n2
V1 n1
Rendement du transformateur.
Le rendement du transformateur est le rapport entre la puissance recueillie au secondaire et la puissance
η = P2
qu’il à fallu fournir au primaire :
P1
Le rendement varie de 0,9 pour les petits transformateurs à 0,98 pour les très gros transformateurs ; le
rendement est donc excellent.
Les pertes sont dues :
- a l’effet Joule dans chacun des enroulements à cause de la résistance du fil ;
- aux courants de Foucault induits dans la masse métalliques du circuit magnétique
- à l’hystérésis dans les tôles du circuit magnétique
Utilisation du transformateur en adaptateur d’impédance.
Le transformateur représenté à la Fig. 3 fournit
2
une puissance à la charge R2 une puissance égale à V2 .
R2
Le rendement étant supposé égal à 1, cette puissance a
été fournie par le primaire. Pour le générateur, tous se
passe comme s’il avait fourni cette puissance à une
2
2
résistance R1 telle que : V1 = V2 (Fig.4),
R1 R 2
V12 R1
que l’on peut écrire : 2 =
;
ou encore :
V2 R 2
V2 = R 2 = n2 = Rapport de transformation
V1
R1 n1
On démontre que cette formule peut être étendue
à l’impédance : V2 = Z2 = n2
V1
Z1 n1
Fig. 3
Fig. 4
Autotransformateur
Dans l’autotransformateur, le primaire et le
secondaire ont une patrie d’enroulement en commun
(Fig.5).
L’autotransformateur présente toutefois un
inconvénient : il n’y a pas d’isolement galvanique entre
primaire et secondaire, ce qui peut être particulièrement
dangereux dans le cas d’autotransformateurs abaisseur
reliés directement au secteur (Fig.6).
Fig.6
Fig.5