CHAPITRE 5 - TRANSFORMATEUR MONOPHASE 2024-06-11

CHAPITRE 5 : TRANSFORMATEUR MONOPHASE
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Prof. AJAVON Ayité Sénah Akoda/EPL-UL
CHAPITRE 5 :
TRANSFORMATEUR MONOPHASE
5.1. GENERALITES
5.1.1. Définitions
Selon la définition du Vocabulaire Electrotechnique International (V.E.I), « le transformateur » est
un appareil statique à induction électromagnétique destiné à transformer un système de courant
variable en un ou plusieurs systèmes de courants variables, d’intensité et de tension généralement
différentes, mais de même fréquence (V.E.I 10-25-005). Cet appareil n’effectue donc qu’un
transfert d’énergie électrique par voie électromagnétique. Sous sa forme la plus élémentaire, il
comporte deux enroulements montés sur un circuits magnétique feuilleté, l’un dit primaire qui
reçoit la puissance active de la source, l’autre dit secondaire qui fournit la puissance active au
circuit d’utilisation. Si la tension d’alimentation appliquée au primaire est plus basse que celle
délivrée par le secondaire, le transformateur fonctionne en élévateur, dans le cas inverse en
abaisseur.
Le transformateur est un convertisseur « alternatif-alternatif » qui permet de modifier la valeur
efficace d’une tension alternative en maintenant la fréquence et la forme de l’onde inchangées. Les
transformateurs sont des machines entièrement statiques, cette absence de mouvement est
d’ailleurs à l’origine de leur excellent rendement.
5.1.2. Rôle
Le transformateur monophasé est un convertisseur « alternatif-alternatif ». Il a pour rôle de
modifier les amplitudes des grandeurs alternatifs (tensions, courants) en maintenant la fréquence
et la forme d’ondes inchangées, en vue d’adopter le récepteur (charge) au réseau électrique. Les
transformateurs sont des machines statiques et possèdent un excellent rendement. Leur utilisation
est primordiale pour le transport d’énergie électrique. Ils assurent l’élévation de la tension entre les
alternateurs (source) et le réseau de transport, puis ils abaissent la tension du réseau pour
l’exploiter par les utilisateurs (Voir Figure 5.1). Au fait, les transformateurs sont utilisés pour
adapter (élever ou abaisser) une tension aux besoins de l’utilisation.
Fig. 5.1 : Symbolisation du rôle du transformateur monophasé

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5.1.3 Symbole
Le transformateur monophasé peut ˆêtre représenté par l’un de deux symboles suivants (Figure
5.2) :
a)
b)
c)
d)
Fig. 5.2 : Symboles du transformateur monophasé – a) Symbole du transformateur monophasé ; b)
Symbole du transformateur monophasé ; c) Transformateur monophasé (Schéma) ; d)
Transformateur monophasé (Schéma unifilaire)
5.1.4. Constitution
Le transformateur monophasé est constitué par (Figure 5.3) :
− un circuit magnétique fermé , de grande perméabilité et feuilleté (constitué par des tôles
de 0.2 `à 0.3 mm d’épaisseur) ;
− un enroulement primaire possédant N1 spires, relié à la source alternative et se comporte
comme un récepteur ;
− Un ou plusieurs enroulements secondaires possédant N2 spires, il alimente une charge, on
lui adopte la convention « générateur ».
Les enroulements primaires et secondaires sont isolés électriquement mais ils sont accouplés
magnétiquement.

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a)
b)
Figure 5.3 : Exemples de constitution de transformateur monophasé -a) sur un circuit magnétique
série, b) sur un circuit magnétique parallèle
5.1.5. Principe de fonctionnement monophasé
Son principe de fonctionnement est basé sur la loi d’induction électromagnétique (loi de Lenz). En
effet, la tension alternative au primaire va créer un flux magnétique alternatif qui traversant
l’enroulement secondaire produira une f.é.m. induite (Loi de Faraday).
Faraday. C’est le principe à retenir pour comprendre le fonctionnement d’un transformateur
monophasé qui se fonde sur le principe d’induction électromagnétique. Avec la présence de deux
enroulements, voire plus, le courant est transformé. L’enroulement primaire est relié à un courant
monophasé. Alors, le courant alternatif commence à traverser celui-ci. Un flux alternatif se génère
au sein du noyau qui ensuite rejoint l’enroulement secondaire. La présence d’un flux variable
entame l’apparition d’un courant électrique dans la bobine secondaire. Dans la majorité des cas,
les bobines secondaire et primaire sont constituées d’enroulement de fils de cuivre isolés. Pour
assurer un bon fonctionnement des transformateurs monophasés, il existe des règlementations
sur la tension maximale applicable à ces derniers.
5.1.6. Dans quels cas utilise-t-on un transformateur monophasé ?
On retrouve les transformateurs monophasés dans toutes les installations qui sollicitent une
tension plus basse que celle fournie par fournisseurs. En effet, le transformateur permet d’adapter
la tension d’une alimentation classique à 220 Volts aux différents équipements qui nécessitent une
basse tension. On retrouve également ce type de transformateur dans de nombreux appareils
électriques pour obtenir une régulation de la tension (comme les téléviseurs), avoir une réduction
localisée du courant ou une diminution de la tension fournie pour les appareils électriques.
5.1.7. Transformateur monophasé : quels avantages ?
Dans la majorité des applications résidentielles, un transformateur monophasé constituera le choix
à privilégier. En effet, cet appareil alimente aussi bien la lumière que les appareils électroménagers
comme un réfrigérateur, une télévision ou un ordinateur. De plus, les systèmes de chauffage ou
de ventilation peuvent aussi fonctionner avec un transformateur monophasé. De plus, un
transformateur monophasé reste très compact avec une utilisation très simple. C’est un avantage

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non négligeable, car tout le monde peut l’utiliser. Avec un transformateur monophasé, le courant
est diminué avec efficacité et sécurité pour les appareils présents.
5.2. ETUDE D’UN TRANSFORMATEUR PARFAIT
5.2.1. Hypothèses
On obtient un concept physique simple de l’appareil en considérant un transformateur idéal
répondant aux caractéristiques suivantes :
•   ; (possède un circuit magnétique infiniment perméable :   «
supraréluctant ») ;
•  ; (pas de pertes fer) ;
•   ; (pas de pertes Joule) ;
•   ; (pas de fuites magnétiques).
La première hypothèse entraine que le circuit magnétique constitue un court-circuit magnétique
parfait et que par conséquent il n’existe pas d’autres flux que le flux Φ commun aux deux
enroulements, confiné dans le circuit magnétique. Par ailleurs, la perméance du circuit est telle
qu’une solénation résultante nulle suffit, à la limite, pour assurer la circulation du flux.
Les trois autres signifient que l’appareil fonctionne sans pertes.
5.2.2. Equations de fonctionnement
Le schéma électrique équivalent d’un transformateur monophasé parfait est représenté sur la
Figure 4.5.
Fig. 5.4 : Circuit électrique équivalent d’un transformateur idéal : - force électromotrice induite
au primaire ;  - force électromotrice induite au secondaire
La force électromotrice induite au primaire  et la force électromotrice induite au secondaire
 sont exprimées par les expressions (5.1) et (5.2).
 (5.1)

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 (5.2)
où :
−  et  sont respectivement les nombres de spires au primaire et au secondaire du
transformateur ;
− 
 est la variation du flux magnétique dans le circuit magnétique du transformateur.
5.2.2.1. Equations des tensions
La loi de mailles appliquée au primaire et au secondaire donne :
  (5.3)
  (5.4)
où :
−  et  sont respectivement les forces électromotrices induites au primaire et au
secondaire du transformateur ;
−  et  sont respectivement les tensions au bornes du primaire et du secondaire
du transformateur.
En écriture complexe on obtient :
   (5.5)
   (5.6)
On tire immédiatement :
(5.7)
Cette relation indique que les tensions  et  sont en opposition de phase. La relation entre les
valeurs efficaces  et  ne tient pas compte du déphasage :
 (5.8)
 est le rapport de transformation du transformateur.
Selon la valeur qui prend , on peut distinguer :
1. -Si     (Le transformateur est élévateur) ;
2. -Si     (Le transformateur est abaisseur) ;
3. -Si     (Le transformateur est utilisé comme un isolateur).