Le transformateur

Le transformateur
B.3.1.1. Le transformateur.
Modèle du transformateur parfait; rendement du transformateur réel; rôle des transformateurs
dans le transport et la distribution d e l'énergie électrique.
Connaissances antérieures utiles
- En sciences physiques:
induction électromagnétique et régime sinusoïdal (programme de Première Génie mécanique).
- En mathématiques :
calculs littéraux élémentaires portant sur l'exploitation d'une formule donnée.
Connaissances scientifiques
- Donner la signification des caractéristiques nominales d'un transformateur monophasé.
- Citer la nature des différentes pertes d'un transformateur monophasé.
- Citer la relation entre les nombres de spires du primaire et du secondaire et le rapport des
tensions d'entrée et de sortie pour un transformateur monophasé fonctionnant à vide.
Savoir-faire expérimentaux
- Dessiner le schéma d u montage d e mesure... etc. (voir ci-dessus B.l.).
- Câbler un circuit électrique... etc. (voir ci-dessus B.l.).
- Donner le résultat d'une mesure avec un nombre raisonnable de chiffres significatifs.
- Utiliser un voltmètre: cas de la mesure du rapport de transformation.
- Câbler un montage comportant un transformateur : cas de l'essai avec charge résistive.
Savoir-faire théoriques
- Utiliser les caractéristiques nominales pour déterminer l'intensité du courant au primaire et
au secondaire d'un transformateur monophasé.
- Calculer le rendement d'un transformateur monophasé, les pertes étant données.

I. Présentation
Le transformateur est une machine statique permettant en alternatif la modification de
certaines grandeurs (tensions et intensités), sans en changer leur fréquence. Il assure la
transmission de puissance avec un excellent rendement
i1(t)
i2(t)
u1(t)
u2(t)
transformateur
Convertisseur d'énergie électrique réversible
I.1. Constitution
Quadripôle constitué de deux enroulements indépendants entourant un circuit magnétique.
u2(t)
i2(t)
i1(t)
u1(t)
a Le circuit magnétique
Le circuit magnétique d'un transformateur monophasé est traversé par un champ magnétique
variable. Cela entraîne:
 pertes par courant de Foucault (limitées par un feuilletage).
 pertes par hystérésis (limitées par un acier au silicium, cycle droit fer dur, aimant
permanent).
b Les enroulements
Les bobinages sont faits de façon à limiter les fuites magnétiques au primaire et au secondaire
Le primaire se comporte comme un récepteur, il reçoit de la puissance.
Le secondaire se comporte comme un générateur, il fournit de la puissance à la charge
I.2. Notations et symboles
Grandeurs relatives au primaireindice 1
Grandeurs relatives au secondaireindice 2
e1(t) et e2(t) sont les fém induites au primaire et au secondaire
I1 et I2 sont les valeurs efficaces des courants primaires et secondaires
r1 et r2 sont les résistances des enroulements primaires et secondaires

N1 et N2 nombres de spires des enroulements
Les orientations des circuits primaire et secondaire sont choisies de telles manières qu'un
courant positif engendre un flux positif, donc e1(t) positif.
u1(t)
u2(t)
i2(t)
i1(t)
u1(t)
i1(t)
i2(t)
u2(t)
I.3. Intérêt du transformateur
EDF utilise le transformateur pour diminuer le courant dans les fils de ligne afin de réduire les
pertes par effet Joule lors du transport de l'énergie électrique. Le principe est le suivant:
II. Présentation du transformateur d'expérimentation ( voir mini
TP)
 plaque signalétique
 relation entre U1 et U2
 relation entre I1 et I2
u2(t)
u1(t)
u2(t)
i2(t)
i1(t)
u1(t)
i2(t)
i1(t)
Centrale
électrique
ligne de transport de
l'énergie
Utilisation

III. Transformateur parfait en régime sinusoïdal:
étude théorique
III.1. Conditions pour avoir un transformateur parfait
Un transformateur parfait transfère la totalité de la puissance qu'il reçoit.
On néglige:
 Les pertes par effet Joule (pertes dans le cuivre) : r1=r2=0
 Les pertes magnétiques (hystérésis et courant de Foucault) : B=f(H) est
une droite passant par l’origine. N1i1(t)+N2i2(t)=0
Le condensateur est considéré comme parfait dans le transport des grandes
puissances électriques ( P supérieur à la dizaine de kW)
III.2. Relation entre les fém
Le modèle équivalent d'un transformateur est constitué de deux fém
induites e1 et e2 , comme le montre le schéma suivant:
u1(t)
i1(t)
i2(t)
e1(t)
e2(t)
u2(t)
R
u1(t)
Soit (t) le flux instantané du champ magnétique à travers chacune des
spires des deux enroulements. Ce flux variant au cours du temps est imposé
par le réseau et induit une fém aux bornes de la bobine primaire :
Au primaire
dt
d
Ntute
111 
en traversant les spires du secondaire, le même flux crée une fém induite
eé(t) qui est à l'origine de la tension u2(t)
Au secondaire
dt
d
Nute
22 

Remarque sur le rapport de
transformation:
m=N2/N1
Si m>1, le transformateur est
élévateur de tension
Si m=1, le transformateur est
qualifié de transformateur
d'isolement
Si m<1, le transformateur est
abaisseur de tension
III.3. Relation entre les tensions
tu tu N
N
te te
1
2
1
2
1
2
En valeur efficace,
m
U
U
1
2
III.4. Relation entre les courants
0
2211  tiNtiN
mN
N
ti ti 1
2
1
1
2
En valeur efficace
mI
I1
1
2
III.5. Relation entre les puissances
titutitu
m
ti
ti
tmutu
1122
1
2
12 
P1=P2 ; Q1=Q2 ;S1=S2.
Le facteur de puissance au primaire est le même que le facteur de puissance au secondaire
III.6. Rendement indirect (sans pertes)
Si on néglige les pertes,
absorbée
utile
1
2PP
 P
P
IV. Transformateur réel
IV.1. Plaque signalétique
Elle permet de choisir le transformateur adapté à l'alimentation d'une charge à partir d'un
réseau donné. Selon la norme en vigueur, elle indique:
SN puissance nominale apparente
U1N valeur efficace nominale au primaire
U20 valeur efficace de la tension d’utilisation à vide (ou nominale)
la fréquence d'utilisation
IV.2. Bilan énergétique
PU Puissance utile = P2 puissance disponible au secondaire
Pabs Puissance absorbée = Puissance reçue par le primaire
Pour le transformateur réel P1>P2
Donc P1-P2 # pertes par effet Joule et pertes magnétiques par hystérésis ou courant de
Foucault