Chapitre IV: Transformateur monophasé

ChapitreIV:Transformateurmonophasé
1. Présentation :
Un transformateur est un convertisseur statique, alternatif/alternatif, de l’énergie électrique.
Il permet d’adapter une source à une charge. Il est constitué de deux bobinages enroulés sur
le
même
circuit
magnétique
.
Il
peut
également
être
utilisé
comme
élément
isolant
entre
le
même
circuit
magnétique
.
Il
peut
également
être
utilisé
comme
élément
isolant
entre
deux circuits. Il est appelé :
¾Transformateur élévateur de tension : si V2 > V1
¾
Tf t
bi
d
ti
i
V
2
<
V
1
¾
T
rans
f
orma
t
eur a
b
a
i
sseur
d
e
t
ens
i
on : s
i
V
2
<
V
1
¾Isolant électrique d’une source à une charge : si V2 = V1
•S
y
mbolisation : On utilise l’un des deux s
y
mboles suivants :
y
y
67

ChapitreIV:Transformateurmonophasé
2. Princi
p
e de fonctionnement :
p
Les transformateurs utilisent le phénomène d’induction électromagnétique. La bobine du
primaire est soumis à une tension variable.
Elle
engendre
un
courant
de
même
type,
introduisant
un
champ
magnétique
donc
à
flux
Elle
engendre
un
courant
de
même
type,
introduisant
un
champ
magnétique
donc
à
flux
variable, d’où la création d’une f.e.m variable.
De plus, grâce au circuit magnétique, et en se basant sur la loi de Faraday,lavariationduflux
au
p
rimaire entraîne une variation du flux au secondaire et donc une nouvelle f.e.m induite.
p
3. Relations fondamentales:
3
.1. Le
transformateur parfait :
3
.1.
Le
transformateur
parfait
:
¾D’après loi de Faraday :dt
d
Nvet
dt
d
Nv 2211
Φ
Φ
==
N
V
v
2
2
2
m
N
N
V
V
v
v
1
2
1
2
1
2
==
=
Nous appelons ‘’m’’,lerapport de transformation du transformateur.
68
¾D’après loi de Hopkinson :
Φ
RININ 2211
=
−
= 0 (on suppose que µ=∞)

ChapitreIV:Transformateurmonophasé
m
1
N
N
I
I
2
1
1
2==
Le
transformateur
parfait
transmet
intégralement
sa
puissance
de
charge
En
effet
:
Le
transformateur
parfait
transmet
intégralement
sa
puissance
de
charge
.
En
effet
:
.IdeconjuguéIavecIVS *
*
111 ==
()
2
*
22
*
2
2
1SIVIm
m
V
S==−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛−=
m
⎠
⎝
Ainsi,paranalogiedespartiesréellesetimaginaires,onnoteraqueP1=P2etQ1=Q2.
Letransformateuridéalestdoncabsolumentpassifetsanspertes.Quandilélèvelatension,il
bi l t ( it)tdifi l i i tit
Une impédance en série au primaire d’un transformateur idéal Z1est équivalente à
l’impédance
en
série
avec
le
secondaire
m
2
Z
comme
suit
a
b
a
i
sse
l
ecouran
t
(
ou
i
nversemen
t)
e
t
nemo
difi
epas
l
apu
i
ssancequ
i
t
rans
it
e.
l’impédance
en
série
avec
le
secondaire
m
2
Z
1
comme
suit
:
2
22
2
21
1
11 ZVVV
Z
=
=
⎟
⎟
⎞
⎜
⎜
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
=
69
2
2
2
21
1
m
I
mmIm
I
⎟
⎠
⎜
⎝
⎟
⎠
⎜
⎝

ChapitreIV:Transformateurmonophasé
P
tf t
él
l
ti
V
déli é
l
di
i
l
l
h
3.2.Letransformateurréel:
3.2.1 La chute de tension :
P
our un
t
rans
f
orma
t
eur r
é
e
l
,
l
a
t
ens
i
on
V
2,
déli
vr
é
epar
l
esecon
d
a
i
re var
i
ese
l
on
l
ac
h
arge.
En l’absence de charge, aucun courant n’est délivré par le secondaire, le transformateur
fonctionne àvide. Nous notons V20 la tension dans ce cas, l’indice 0 est toujours utilisé pour
le
fonctionnement
à
vide
le
fonctionnement
à
vide
.
V
2
V20
ΔV2
I2
diffé
Δ
V
l
i
à
id
V
l
i
V
h
’ll
l
h
d
La
diffé
rence
Δ
V
2entre
l
atens
i
on
à
v
id
e
V
20 et
l
atens
i
on
V
2en c
h
arge s
’
appe
ll
e
l
ac
h
ute
d
e
tension au secondaire du transformateur. Elle dépend de la nature de la charge.
3.2.2 Le rapport de transformation :
70
La tension V1qui alimente le primaire reste constante alors que la tension V2au secondaire
du transformateur diminue lorsque l’intensité du courant augmente.

ChapitreIV:Transformateurmonophasé
Le rapport de transformation ne peut donc garder la même définition que pour le
Pour
cela,
le
rapport
de
transformation
devient
:
transformateur parfait. Nous devons choisir une tension qui reste constante, quelque soit la
charge utilisée. Cette grandeur ne peut être que V20.
20
V
m
=
Pour
cela,
le
rapport
de
transformation
devient
:
1
V
m
3.2.3 Schéma équivalent:
Dans un transformateur réel, il faut tenir com
p
te des éléments re
p
résentatives des
p
p
bobinages primaires et secondaires. On distinguera :
¾R1et R2: les résistances séries des bobinages,
¾
L
1
et
L
2
:
les
inductances
de
fuites
des
bobinages
¾
L
1
et
L
2
:
les
inductances
de
fuites
des
bobinages
,
¾Rf: la résistance équivalente aux pertes fer ,
¾Lm: l’inductance magnétisante du flux canalisé vue du primaire.
On aboutit au schéma équivalent du transformateur monophasé représenté ci dissous :
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