Le transformateur monophasé

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Le transformateur monophasé
Les transformateurs sont utilisés dans de nombreux cas où l’on désire Abaisser,
élever la tension ou protéger les personnes.
Il existe de nombreuses sortes de transformateurs selon le besoin.
I. Composition et principe de fonctionnement :
Le transformateur ne peut fonctionner qu’alimenté sous une tension
alternative.
Il se compose d’un circuit
magnétique et de deux enroulements
minimums (Primaire (1) et Secondaire
(2)).
Les enroulements sont en fil de
cuivre émaillé pour les faibles courants
ou en barres de cuivre méplat isolé pour
les forts courants. Ils peuvent être
concentriques, en galettes ou séparés.
Le circuit magnétique se compose
de feuilles de tôle de Fer / Silicium
(peu conductrices, mais très
ferromagnétiques) empilées pour limiter
les pertes par courant de Foucault dans
le circuit magnétique.
L’enroulement primaire alimenté par une tension alternative va créer un champ
magnétique variable dans le circuit magnétique.
L’enroulement secondaire voit donc un champ magnétique variable.
Colonne
Enroulements concentriques Enroulements en galettes
Enroulements séparés
Picots de connexion
Circuit Magnétique
Bobinage
Carcasse
isolante
support
bobinage

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Ce champ va engendrer, grâce à la loi de Lenz, une FEM alternative au
secondaire de même fréquence que le champ et donc que la tension primaire.
Si l’enroulement secondaire est fermé sur une charge, un courant va donc
traverser la charge et l’enroulement.
Les lois qui régissent le transformateur parfait sont les suivantes :
m est le rapport de transformation du transformateur (rapport du nombre de
spires, rapport des tensions à vide ou rapport inverse des courant pour le
transformateur parfait)
Pour le transformateur parfait, toute la puissance qui entre dans le
transformateur en sort (S1 = S2, P1 = P2).
En régime nominal on parle de Sn : Puissance apparente nominale. C’est une
grandeur importante du transformateur qui apparaît dans la plaque signalétique. Elle
donne la capacité qu’a le transformateur à transformer une puissance. Elle permet de
déterminer les dimensions du transformateur (I détermine la Section des fils
(
SI *
); U détermine la Section du CM et le Nombre de spires (1 et 2) donné
par U=> (
fSNBU ***
ˆ
*44,4 11 
). L’ensemble U et I (S) détermine la Dimensions de
la fenêtre.
Malheureusement, un transformateur réel n’est jamais parfait. En effet, Le
circuit magnétique est légèrement conducteur. Il va donc se créer des courants de
Foucault dans les tôles qui vont engendrer des pertes fer. De plus, un enroulement
est toujours résistif Des pertes joules dans les enroulements vont faire chuter le
rendement. Le transformateur aura donc sa tension au secondaire qui chutera si on
débite un courant au secondaire (
2
U
).
(proche de 100%)
P1 = U1. I1*cosφ1
P2 = U2. I2*cosφ2
Pj2 = R2. I²2
Pj1 = R1. I²1
Pfer =f(U1, f)
Tension à
vide
U1
U2
* I2
* I1
U1
U2
* I2
* I1
Convention récepteur au primaire et générateur au secondaire
pertes) de pasparfait ateur (transform )(..
Ampère)d' (théorème ..
2211
2211
VAIUIUS
ININ
1
2
2
1
1
20 N
N
I
I
U
U
m
)sec__(__
2
2ondaireprimairejoulesPertesferPertesP P

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Ph
230V
N
230V
II. Transformateur de séparation
- Enroulements primaires et secondaires séparés
- Aucun danger en cas de contact avec une phase
du secondaire
- Isolement primaire secondaire 4000 V.
III. Transformateur de sécurité
- Transformateur destiné à alimenter des appareils
TBTS (milieu humide) <50V
- Contact avec les 2 phases du (2) pas dangereux
en milieu humide
IV. Autotransformateur
- Astuce pour abaisser la tension pas
chère (1 seul enroulement).
- Enroulements primaire et secondaire
une partie commune
- Pas d’isolement galvanique.
- N’assure pas la sécurité en cas de
contact avec le (2)
V. Transformateur à prise de réglage au primaire
- Obtention d’une tension secondaire précise.
- Adaptation de la tension primaire à la tension
réseau.
Exemple Si on a 245V au primaire, il faudra alimenter
le (1) entre +15 et 230
Ph
230V
N
12V
Ph
230V
N
U
+15
0
-15
230
400
230V
Primaire Secondaire

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VI. Transformateur d’alimentation des circuits de commande
Utilisation :
- Transformateur à enroulements séparés.
- Pas tout le temps nécessaire.
Quand on les utilise :
- Tension secondaire toujours < 250 V
- Tension compatible avec le matériel qui suit le transformateur.
Protection contre les marches intempestives : Marche non désirée
Défaut d’isolement : mise en contact accidentelle d’une partie active et une
masse.
Défaut en 1 : Rien ne se passe
Défaut en 1 et 2 : S1 en court-circuit => KM1 s’enclenche sans qu’on
ne lui en donne l’ordre
Défaut en 1 et 3 : S0 en court-circuit => Impossible d’arrêter KM1
Solution : Protection par fusible (pour arrêter
le système en cas de problème) avec création
d’un neutre pour créer un court-circuit et
griller le fusible en cas de problème

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VII. Protection des transformateurs
Protection par fusible ou disjoncteurs possibles.
Primaire :
- Le transformateur ne génère pas de surcharge s’il est seul => Protection
uniquement contre les court-circuits.
- Mise sous tension provoquant un courant d’appel (25 In) pendant environs
10ms => La protection ne doit pas déclencher pendant cette phase.
 Protection par fusibles type aM ou Disjoncteurs particuliers bien réglés
(courbe C ou D choisi judicieusement) calibre légèrement supérieur au
courant nominal primaire du transformateur Sn/U1.
Secondaire :
- Le secondaire, et la charge du transformateur sont à protéger contre les
« surcharges » et les court-circuits (car charge = bobine de relais en
général).
- « Surcharge » : Calibre de l’élément de protection égal au courant demandé
par la charge du transformateur inférieur ou égal au courant nominal du
secondaire du transformateur.
- Court-circuit : Vérifier que le point le plus éloigné ou peut se faire le CC
provoque le déclenchement de l’appareil de protection en moins de 5
secondes
 Protection par fusible type gG ou disjoncteurs bien calibrés I charge =
Scharge / U2 (courbe C ou B).
Alimentation Phase-Neutre
Alimentation Phase-Phase