‘ Faculté des Sciences de l'Ingénieur Université M'hamad Bougara Boumerdes Département d’ingénierie des systémes Electrique LES TRANSFORMATEURS Group auTO 17 Adjerid Nadhira Fahci chems edene Laribi Ikram Bettioui Hanane Les Transformateurs : 1. Introduction. 2. Principe de fonctionnement. 3. les différents types de transformateur . 4. Utilisation des transformateurs dans le domaine informatique. 5.les avantages et les inconvénients . 6.Conclusion . 1. Introduction : Le transformateur permet de transférer de l´énergie (sous forme alternative) d’une source à une charge, tout en modifiant la valeur de la tension. La tension peut être soit augmentée ou abaissée selon l’utilisation voulue. Le changement d’un niveau de tension `a un autre se fait par l’éffet d’un champ magnétique. Parmi les applications des transformateurs, on note : Electronique : alimentation à basse tension, adaptation d’impédances. Electrotechnique : transformation de la tension pour le transport et la distribution d’´électricité, alimentation à basse tension (par exemple, lampes halogènes). 2.Principe de fonctionnement : Le transformateur est constitué de deux enroulements (ou plus) couplés sur un noyau magnétique (un matériau ferromagnétique) Le coté de la source est appelé primaire. Le coté de la charge est appelée secondaire. Le flux ϕ est le flux mutuel. Il faut remarquer qu’il n’existe aucune connexion électrique entre le primaire et le secondaire. Tout le couplage entre les deux enroulements est magnétique. Lorsqu’on applique une tension alternative à la source, ceci crée un flux alternatif dans le noyau magnétique. Selon la loi de Faraday, ce flux crée des forces électromotrices (fem) dans les bobines. La force électromotrice induite est proportionnelle au nombre de tours dans la bobine et au taux de variation du flux. Selon le rapport du nombre de tours entre le primaire et le secondaire, le secondaire alimente la charge avec une tension différente de celle de la source. Rapport de transformation : (1) ⇒ U1 I1 U2 I2 × = × ⇒ I I U U 1 2 2 1 = (2) ⇒ I I N N 1 2 2 1 = N N U U 2 1 2 1 = Les tensions sont proportionnelles aux nombres de spires Si N1 > N2 le transformateur est dit élévateur de tension Si N1 < N2 , il s’agit d’un abaisseur de tension. C’est le cas de tous les transformateurs que l’on trouve dans les adaptateurs qui rassemblent en un seul bloc une fiche, un petit transformateur et un petit système de redressement. 3.les différents types de transformateur : Le symbole de transformateur : 3.Transformateur Monophasé idéal : On définit un transformateur idéal ayant les caractéristiques suivantes : 1. La résistance dans les fils (au primaire et secondaire) est nulle. 2. Le noyau magnétique est parfait (μr = ∞, ρ = 0). Dans ce cas la reluctance du noyau sera nulle, et donc il n’y a pas de fuite. Le flux est donc totalement contenu à l’intérieur du noyau. Le couplage magnétique entre le primaire et le secondaire est parfait; tout le flux du primaire se rend au secondaire. Le rapport de transformation dans ce cas est égale à 1 (k = 1). Le circuit équivalent du transformateur idéal est donc Circuit équivalent du transformateur idéal Transformateur Monophasé réel : Le transformateur réel ne possède pas des caractéristiques parfaites comme le transformateur idéal. On doit tenir compte de : 1. Noyau magnétique. Le noyau possède une caractéristique B(H) non-linéaire, avec hystérésis, et une perméabilité non-infinie (μr ≠ ∞). 2. Bobinages. Les bobinages sont en cuivre, ayant une résistivité non-nulle (ρ ≠ 0). Compte tenu de ces caractéristiques, on peut déduire six sources de pertes dans le transformateur : 1. Puisque la perméabilité du noyau est non-infinie, la réluctance du noyau ne sera pas nulle. Il y a par conséquent des fuites de flux : (a) au primaire (b) au secondaire 2. Pertes dans le fer par Hystérésis et des fuites par courants de Foucault. 3. La résistivité des fils de cuivre implique une résistance interne au primaire et au secondaire. Les conséquences de ces phénomènes parasites sont : – Le rendement du transformateur est inférieur à 100%. – Le rapport de tension entre le primaire et le secondaire ne sera pas exactement égal au rapport du nombre de tours. La tension au secondaire variera aussi en fonction de la charge. Circuit équivalent du transformateur réel Transformateur d’isolement Monophasé : Un transformateur crée une isolation galvanique entre son primaire et son secondaire, cette propriété est utilisée tout spécialement dans les transformateurs d'isolement. Ils servent à assurer la sécurité d'une installation en protégeant des électrocutions par exemple. La séparation galvanique permet aussi d'éliminer une partie du bruit électrique, ce qui est utile pour certains appareils électroniques sensibles. Ces transformateurs ont presque le même nombre de spires au primaire et au secondaire : Ils sont, par exemple, largement utilisés dans les blocs opératoires : chaque salle du bloc est équipée de son propre transformateur d'isolement, pour éviter qu'un défaut dans un bloc n'affecte les autres. Un autre intérêt est de pouvoir changer de régime de neutre (cas d'utilisation de matériel informatique et/ou d'équipements électroniques sensibles dans une installation IT) Transformateur triphasé : Un transformateur triphasé est composé d'un noyau à trois branches sur lesquelles sont combinés les enroulements primaires et secondaires, de façon concentrique ou alternée. Transformateur d’impulsion : Utilisé pour la commande de gâchette des thyristors, il transforme un signal carré en signal impulsionnel Transformateur d’alimentation secteur : Ce type de transformateur est couramment utilisé dans la réalisation d'alimentations secteur de type "linéaire", notemment dans le domaine amateur. Côté industriel, ce type de composant est de plus en plus souvent remplacé par des systèmes de régulation à découpage qui offrent, à puissance égale, moins d'échauffement, un encombrement plus réduit, et souvent une gamme de tensions d'entrée plus large. Remarque : parfois, un transformateur n'est utilisé que pour des questions d'isolement, la tension de sortie issue du secondaire est alors égale à la tension d'entrée appliquée au primaire 4. Utilisation des transformateurs dans le domaine informatique : Les transformateurs alimentés par la tension du secteur (230V 50Hz) ne se trouvent plus que dans les alimentations externes d’appareillages périphériques tels que les petites imprimantes, les modems etc. Pour l’alimentation des PC, les transformateurs utilisés tels quels seraient volumineux et lourds. Ceux qui équipent les blocs d’alimentation sont de dimensions plus réduites. Le principe dans ces alimentations dites "à découpage" est d’alimenter les transformateurs, non pas avec le courant alternatif 50 Hz du secteur, mais avec une tension continue hachée à une fréquence de plusieurs milliers d’hertz. La tension en sortie une fois redressée est plus facile à filtrer, les condensateurs qui suivent le dispositif de redressement peuvent eux aussi être moins volumineux. 5.les avantages et les inconvénients : les avantages et les inconvénients du 12V et du 230V : La tension que vous choisissez dépend de votre préférence personnelle et de la situation dans laquelle vous devez prévoir l'éclairage. Chacun des deux choix a ses avantages et ses inconvénients. 12V Avantages : Les ampoules produisent plus de luminosité que l'halogène sur 230V. Une ampoule halogène de 20W sur 12V produit autant de lumière qu'une ampoule de 50W sur 230V. Une ampoule halogène de 45W sur 12V produit autant de lumière qu'une ampoule de 50W sur 230V. Les ampoules ont une plus grande longévité parce qu'elles doivent traiter moins de tension. Les ampoules produisent une lumière plus claire (plus blanche) et elles restent blanches lorsqu'elles sont graduées. Plus de possibilités en termes de puissances et de faisceaux lumineux (20-35-50W). Possibilité de conversion en éclairages d'ambiance avec des led. Inconvénients : Celles-ci doivent utiliser un transformateur supplémentaire que vous devez choisir sur la base de la charge et de l'emplacement (distance jusqu'au spot). Suivant la charge et l'emplacement (distance jusqu'au spot), vous devez installer un transformateur électronique ou ferromagnétique. Si la distance entre le spot et le transformateur est inférieure ou égale à 2 mètres, vous pouvez installer un transformateur électronique. Toutefois, lorsque la distance excède 2 mètres, vous devez installer un transformateur ferromagnétique. Plus la distance et la charge sont importantes, plus la section de votre câble devra être grande. Plus la distance entre le transformateur et le spot est grande, plus il y a de perte. 230V Avantages : Pas de transformateur nécessaire (utilisation fréquente dans les plafonds pleins sans espace creux dans lesquels les transformateurs peuvent être encastrés). Utilisation également pour les lampes économiques. Possibilité de conversion en éclairages d'ambiance avec des led. Les ampoules produisent une lumière plus chaude (aspect plus jaune – comparable à la couleur des lampes à incandescence standard). Inconvénients : Moins de puissances disponibles (35-50W). Avec une gradation, les ampoules tirent vers l'orange. Durée de vie limitée. Alors (+) Ils sont de construction robuste et ont un excellent rendement (-) Par contre, ils sont lourds (pois du noyau de fer et du cuivre) Conclusion : Tout d’abord, de manière générale, les transformateurs permettent d’adapter la tension secteur à celle de nos appareils électroniques que nous utilisons souvent comme les chargeurs de batterie par exemple. EDF utilise également des transformateurs pour élever la tension délivrée par les centrales. En effet, les pertes énergétiques lors du transport d’un courant haute tension sont plus faibles que pour un courant basse tension.
