étude d`un transformateur

Vivien KOTLER
Aurélien UNFER
2AP – ENSGSI
Étude d’un transformateur
Introduction :
L’objectif de ce TP est d’étudier le principe le fonctionnement d’un transformateur et les
applications dans la vie de tous les jours ainsi que les différentes grandeurs qui lui sont associées.
Le rôle d’un transformateur est de convertir les valeurs de la tension et de l'intensité du courant
électrique alternatif en un système de tension et de courant de valeurs différentes mais de même
fréquence et de même forme. Il effectue cette transformation avec un excellent rendement.
Tension efficace :
Après avoir mesuré la tension efficace délivrée par le générateur simultanément avec un
voltmètre et un oscilloscope, on a pu constater que l’amplitude observée sur l’oscilloscope n’est
pas égale à la tension efficace donnée par le voltmètre. Rappelons que √2
L’amplitude de la tension du secteur délivrée le réseau électrique EDF est de 325V car la tension
efficace et de 230V.
Étude du rapport de transformation
transformatio :
Nous avons à notre disposition 2 types de transformateurs :
a)
Le premier se présente sous la forme de 2 bobines de fil de cuivre enroulés de par et
d’autre d’un noyau de fer doux. On peut choisir entre 4 combinaisons de bobines : pour la bobine
primaire,
e, on peut choisir entre 1000 et 500 spires et pour la bobine secondaire, entre 250 et 125
spires.
b)
Le second transformateur est de forme circulaire : il s’agit d’un auto transformateur. Il est
constitué d’une seule bobine. La tension d’entrée parcourt la totalité de la bobine et la tension de
sortie ne parcourt qu’une seule partie de la bobine.
On observe à l’oscilloscope les courbes de tension d’entré et de sortie comme montré sur la
courbe 1.
Tableau comparatif des résultats obtenus pour différentes combinaisons de spires (alimentation
de 6V et 50Hz):
Combinaison des spires
Tension entrée (V)
1000
250
6,60
1000
125
6,60
500
250
6,60
500
125
6,60
Tension sortie (V)
Courant entrée (A)
Courant sortie (A)
1,486
0,045
0,159
0,756
0,43
0,305
3,005
0 ,174
0,312
1,507
0,170
0,599
On constate d’après nos mesures expérimentales que :
et .
1
2
Si le nombre de spires de la bobine 1 est supérieur à celui de la bobine 2, la tension sera abaissée
et l’intensité élevée.
En inversant les bobines primaires, on constante que nos 2 relations sont encore valables mais les
rapports de nombres de spires sont inversés.
En remplaçant l’alimentation alternative par une alimentation continue, la tension de sortie est
nulle car un transformateur ne fonctionne en alternatif, c’est pourquoi nous chercherons plus tard
dans le TP à redresser et lisser la tension de sortie.
Explication physique du fonctionnement d’un transformateur :
Le courant qui parcourt la bobine primaire produit un champ magnétique qui se propage à travers
le noyau. Lorsqu’il arrive à la bobine secondaire, il produit un courant de sortie différent de celui
d’entrée car les bobines ne sont pas identiques. Un transformateur se base sur les principes de
l’électro magnétisme.
Auto transformateur :
Lors de ce TP nous avons seulement testé ce transformateur sans pousser l’étude à son bout car
les résultats auraient été les mêmes que lors de l’étude précédente et ne présentaient donc pas
beaucoup d’intérêts.
Si l’on connait l’alimentation d’entrée et la tension de sortie, on peut en déduire le rapport du
nombre de spires grâce aux relations précédentes.
Rendement d’un transformateur :
On alimente la bobine primaire (500 spires) avec une tension de 6V et on place une résistance de
15,03Ω sur la bobine secondaire (250 spires). L’objectif est de mesurer le rendement du
transformateur en calculant le rapport
rappo de puissances d’entrés et de sortie.
Nous avons mesuré en sortie la tension efficace aux bornes de la résistance. Or :
avec
donc
Pour mesurer la puissance d’entrée nous avons utilisé un wattmètre. Nos mesures nous
donnent :
donc
et
on en déduit donc
.
Pour un petit transformateur le rendement et généralement compris entre 0,5 et 0,8 donc notre
transformateur a un bon rendement.
rendement. Pour les gros transformateurs le rendement est supérieur à
0,9.
Les origines des pertes sont différentes : il y a des pertes cuivre par effet Joule dans les
enroulements et des pertes fer dans le circuit magnétique (noyau).
Redressage :
Le but du redressage
essage est d’obtenir uniquement des alternances positives en sortie en vue
d’alimenter par la suite un appareil fonctionnant en courant continu.
Le montage se présente de la manière suivante : on place une diode sur la bobine de sortie. Son
rôle est de supprimer
pprimer les alternances négatives (cf.
( courbe 2). En effet, lorsque la tension en sortie
est positive la diode est dans le sens passant,
passant alors que lorsqu’elle est négative le courant ne peut
pas circuler (diode dans le sens bloquant).
Lissage :
On reprend le même montage que pour le redressage en ajoutant un condensateur de 4700µF en
parallèle à la résistance Rvar de 10kΩ. On observe à l’oscilloscope la tension sur la courbe 3. Le rôle
du condensateur est d’aplanir la courbe tension. Il se charge lorsque l’alternance est positive et se
décharge lorsque la tension est nulle. En faisant varier la constante de temps ! ", on
remarque que si augmente le lissage est de meilleure qualité alors que si diminue de manière
importante on visualise le phénomène de charge et de décharge lié au condensateur comme sur la
courbe 4.
Pont de Graetz :
Ce pont associe 4 diodes de manière à redresser toutes les alternances négatives. L’avantage par
rapport au montage à une seule diode est de ne pas supprimé les alternances négatives. On n’a
pas pu faire le montage car les diodes étaient hors d’usage. Cependant on aurait obtenu la courbe
suivante :
En ajoutant un condensateur, la tension est lissée de manière très efficace et la tension est
presque continue.
Conclusion :
Tout d’abord, de manière générale, les transformateurs permettent d’adapter la tension secteur à
celle de nos appareils électroniques que nous utilisons souvent comme les chargeurs de batterie
par exemple. EDF utilise également des transformateurs pour élever la tension délivrée par les
centrales. En effet, les pertes énergétiques lors du transport d’un courant haute tension sont plus
faibles que pour un courant basse tension.
Lors de ce TP nous avons pu observer les effets d’un transformateur ainsi que les influences d’une
diode mise en parallèle à transformateur qui permet le lissage et d’un condensateur qui permet
un redressage.