Transformateurs

LE TRANSFORMATEUR
BUT
Faire l'étude du transformateur.
THÉORIE
Un transformateur est constitué de deux bobines: le primaire et le secondaire. La figure qui suit représente le
transformateur que vous aurez au laboratoire. Ce transformateur possède une entrée et deux sorties indépendantes.
rouge
noir
PRIMAIRE
noir
jaune
SECONDAIRE
bleu
SECONDAIRE
gris
1- CAS DU TRANSFORMATEUR IDÉAL.
Un transformateur idéal ne subirait aucune perte, notamment par effet Joule, dans les bobinages ou dans le noyau
lui-même (courants de Foucault). Les lignes magnétiques traversent également l'un et l'autre des bobinages sans perte.
Lorsque l'on produit une variation de courant dans le primaire, il se crée aussitôt, dans le secondaire, une force
électromotrice (V2) dont le sens est précisé par la loi de Lenz, et sa grandeur dépend des caractéristiques physiques des deux
bobines.
V2 = - N2 d/dt
 = flux magnétique qui traverse le
primaire et le secondaire.
N2 = nombre de tours de fil au secondaire.
Cette force électromotrice (V2) crée donc dans le secondaire un courant (I2) variable qui, à son tour, produit dans le
primaire une force contre-électromotrice (V1) qui s'oppose aux variations de I1.
V1 = - N1 d/dt
N1 = nombre de tours de fil au primaire.
1.1- RELATION ENTRE LES TENSIONS
Aux bornes du primaire existe la force contre-électromotrice V1.
Aux bornes du secondaire existe la force électromotrice V2.
En faisant le rapport de ces deux valeurs, on obtient:
V1/V2 = N1/N2
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LE TRANSFORMATEUR
1.2- RELATION ENTRE LES INTENSITÉS
En supposant que nous avons un transformateur parfait, nous devons retrouver le principe de la conservation de
l'énergie. Les puissances mesurées au primaire et au secondaire doivent être égales:
P1 = P2
V1 • I 1 = V 2 • I 2
I2/I1 = V1/V2 = N1/N2
2- CAS DES TRANSFORMATEURS RÉELS.
Dans un transformateur réel, il y a des pertes de puissance qui sont de deux ordres:
 dans les fils de cuivre des bobines: ce sont les pertes Joules (P j).
 dans le noyau en fer: ce sont les pertes fer (Pf)
2.1- LES PERTES JOULES
Les pertes de puissance dûes aux bobines s'écrivent ainsi:
Pj = (R1 • I12 ) + (R2 • I22 )
Les pertes Joules maximales peuvent être déterminées par la méthode en circuit fermé au secondaire.
I1
I2
Secondaire
fermé
Il suffit de monter le courant I2 jusqu'à sa valeur nominale. Cette valeur nous est donnée par le fabriquant du
transformateur. On mesure alors le courant I1 et le voltage V1 puis on calcule la puissance P1. Cette valeur de puissance
équivaut à Pj. Rappelons que les pertes seront moindres si le courant I 2 n'est pas à sa valeur nominale.
Pj = V1 • I1(secondaire fermé)
2
LE TRANSFORMATEUR
2.2- LES PERTES FER
Les pertes de puissance Pf existent par le phénomène des courants de Foucault. Ces pertes sont minimisées par
l'utilisation des noyaux faits de feuilles de métal magnétique isolées les unes des autres.
Lorsque le secondaire est ouvert, on constate un faible courant I' dans le primaire.
I2 = 0
I'
Secondaire
ouvert
Il y a donc consommation d'une certaine puissance. Écrivons que P' est égale à la puissance perdue dans le
bobinage du primaire ainsi que dans le fer du noyau:
P' = Pj1 + Pf
P' = (R1 • I12) + Pf
I1 étant négligeable, on peut écrire
P' = Pf
Pf = V1 • I1 (secondaire ouvert)
Les pertes fer sont constantes pour une alimentation donnée.
3- RENDEMENT D'UN TRANSFORMATEUR
Le rendement d'un transformateur se calcule ainsi:
n = (P2 / (P2 + perte)) • 100
ou
(P2 / (P1) •100
Le rendement se lit en pourcentage.
Le rendement du transformateur idéal est de 100%.
MATÉRIEL
Un transformateur: - 120 volts au primaire, - 20 volts au secondaire, - courant nominal de 3 ampères
Un multimètre
Un générateur
Un rhéostat
Fils de branchement
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LE TRANSFORMATEUR
MANIPULATIONS
PREMIÈRE PARTIE: Courant continu.
Monter le circuit de la figure suivante:
rouge
jaune
V
bleu
gris




Le générateur est en courant continu et le voltage est à ZÉRO.
Monter la source jusqu'à 5 VOLTS, PAS PLUS.
Mesurer V2 entre les fils rouge et jaune.
Mesurer V2 entre les fils bleu et gris.
DEUXIÈME PARTIE: Courant alternatif.
PERTE FER et RAPPORT DES VOLTAGES
Monter le circuit de la figure suivante:
A
I1
rouge
jaune
V2 Secondaire
ouvert
V1
bleu
gris





Brancher le générateur pour avoir du courant alternatif.
Monter le voltage jusqu'à sa valeur maximale.
Mesurer V1.
Mesurer I1 (l'ampèremètre est sur l'échelle de 200 mA au début puis sur l'échelle de 20 mA si nécessaire).
Mesurer V2.
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LE TRANSFORMATEUR
 Calculer les pertes fer.
 Calculer V1/V2 et comparer avec la valeur théorique. Vous devez déduire la valeur théorique par vous même en
allant voir la liste du matériel.
TROISIÈME PARTIE: Pertes joule.
Monter le circuit de la figure suivante:
rouge
I2
I1
Secondaire
fermé
jaune
V1
A
bleu
gris






Initialement le voltage est à ZÉRO.
L'ampèremètre est sur l`échelle de 15 ampères
Monter le voltage jusqu'à ce que I2 soit à sa valeur nominale c'est-à-dire 3 ampères PAS PLUS.
Noter I2, mesurer I1 (échelle de 15 A ) et V1.
Si I1 est plus petit que 200 mA, on peut alors changer d'échelle sur le multimètre.
Calculer les pertes Joules ainsi que I2/I1 et comparer avec la valeur théorique.
QUATRIÈME PARTIE: Rendement du transformateur.
Monter le circuit de la figure suivante:
A
I1
I2
rouge
jaune
V1
rhéostat
V2
bleu
gris
 Le curseur du rhéostat est placé de façon à ce que la résistance soit MAXIMALE.
 Monter la source jusqu'à sa valeur maximale.
 Mesurer V1, V2, I1 et I2 (échelle de 15 A). Changer d'échelle si nécessaire.
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LE TRANSFORMATEUR
 Calculer P1 et P2 et le rendement n.
 Baisser la valeur de la résistance du tiers environ. Il est très important de ne pas descendre la résistance à
zéro car le courant au secondaire va dépasser la valeur nominale de 3 ampères et le transformateur ne
sera plus fonctionnel.
 Mesurer V1, V2, I1 et I2 (échelle de 15 A). Changer d'échelle si nécessaire.
 Calculer P1 et P2 et le rendement n.
 Baisser encore la valeur de la résistance du tiers environ.
 Mesurer V1, V2, I1 et I2 (échelle de 15 A). Changer d'échelle si nécessaire.
 Calculer P1 et P2 et le rendement n.
CINQUIÈME PARTIE: Transformateur inverse.
Faire le montage de la figure suivante:
rouge
jaune
circuit
ouvert
bleu
V
gris





générateur
Initialement le voltage est à zéro.
Monter le voltage de la source jusqu'à 5 volts pas plus.
Mesurer la tension aux bornes du primaire.
Mesurer la tension aux bornes du deuxième secondaire.
Calculer V1/V2 et comparer avec la valeur théorique.
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