Transformateur

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  • Publié le : 26 mars 2011
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Intérêt du tranformateur

Pour diminuer la tension d'un signal, c'est relativement facile : un diviseur potentiomètrique suffit. Une résistance en série dans le circuit permet de faire chuter la tension en diminuant l'intensité du courant. Cette solution fonctionne en courant alternatif ou continu mais présente l'inconvénient de provoquer des pertes par effet Joule dans la résistance chutrice.Pour le courant continu il n'y a pas de solution pour élever une tension. Par contre pour le courant alternatif existe le transformateur qui permet d'abaisser ou d'élever une tension avec un bon voire trés bon rendement.
Le transformateur a d'autres applications :
- Séparation composante "continue" de la composante "alternative"
- Transformation d'impédances en BFou en HF
- Isolement descircuits.
Il est possible de convertir un courant continu de basse tension en courant continu de plus haute tension à l'aide d'une commutatrice, machine composée d'un moteur électrique couplé à une génératrice. Ce n'est pas notre sujet, nous ne verrons ici que le transformateur statique.

Principe du transformateur statique

Un transformateur est construit à partir d'un circuit magnétique surlequel sont bobinés deux enroulements :
- un enroulement primaire (appelé simplement primaire) qui reçoit l'énergie électrique et la transforme en énergie magnétique par induction
- un enroulement secondaire (ou secondaire) qui, étant traversé par le champ magnétique produit par le primaire, fournit un courant alternatif de même fréquence mais de tension qui peut être plus supérieure ouinférieure à la tension primaire.
Un transformateur qui produit une tension plus grande est dit élévateur de tension, à l'inverse il est dit abaisseur de tension.
Vu du secondaire un transformateur peut être considéré comme un générateur de courant alternatif de tension U et de fréquence f.
Un transformateur peut comporter plusieurs enroulements secondaires.

Rapport de transformation

Exemple : untranformateur d'alimentation prévu pour être branché sur 220 volts fournit une tension de 1100 volts au secondaire. Quel est son rapport de transformation ?
Réponse : par définition le rapport de transformation k est obtenu en divisant la tension au primaire par la tension au secondaire suivant la formule :

dans l'exemple ci-dessus le rapport de transformation est égal à 0,2 : c'est untransformateur élévateur de tension.
A partir de la même tension primaire un transformateur abaisseur de tension de rapport 10 permettrait d'obtenir une tension de 22 volts au secondaire.
Le rapport de tranformation dépend du rapport du nombre de spires Np/Ns. Dans notre premier exemple Ns pourrait être égal à 4400 et Np à 880. Le nombre de spires par volt est une caractéristique fondamentale dutransformateur.

Le transformateur idéal et le transformateur réel

Par rapport au transformateur réel, le transformateur idéal n'a pas de pertes. Toute la puissance qu'il absorbe au primaire est restituée au secondaire. La somme des puissances fournies par chacun des secondaires est égale à la puissance absorbée par le primaire.
En réalité le rendement du transformateur est toujours inférieur à1. C'est le rapport de la puissance fournie par la puissance absorbée :

Il est de l'ordre de 0,5 à 0,8 (50 à 80%) pour les petits transfos et dépasse 0,9 pour les plus puissants (>1000 VA).
La différence entre la puissance au primaire Pp et la puissance au secondaire Ps est représenté par les pertes qui se décomposent entre :
- pertes cuivre, par effet Joule dans les enroulements primaires etsecondaires
- pertes fer dans le circuit magnétique (par courant de Foucault, par hystérésis...).
Les pertes fer peuvent être réduites en utilisant des matériaux à faible pertes et en feuilletant le circuit magnétique à l'aide de tôles minces. Voir selfs BF.
La puissance P est la puissance apparente exprimée en VA (volt-ampère). La puissance active est égale à :

Le facteur de puissance...
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