Transformateur électrique: fonction, types

Un

transformateur électrique

est une machine électrique statique qui permet de modifier lescaractéristiques (tension et courant) d'un courant alternatif, tout en conservant safréquence et sa puissance (à quelques pertes près). Il fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique.

Principe de Fonctionnement

1. Induction mutuelle: Deux enroulements (primaire et secondaire) sont couplés magnétiquement par un circuitmagnétique commun.

2. Tension alternative au primaire: La tension appliquée au primaire crée un flux magnétique variable dans le circuit magnétique.

3. Force électromotrice induite: Ce flux variable induitune tension alternative dans l'enroulement secondaire.

Composants Clés

• Circuit Magnétique (Noyau):

  • Fabriqué entôles d'acier doux (ferro-magnétique) pour canaliser le flux magnétique.

  • Stratifié (empilé de fines tôles isolées) pour limiter les courants de Foucault (pertes fer) et l'échauffement.

  • Formes courantes: E-I, U-I, ou torique.

• Enroulement Primaire ():

  • Connecté à la source de tension ().

  • Nombre de spires () détermine le champ magnétique initial.

• Enroulement Secondaire ():

  • Connecté à la charge ().

  • Nombre de spires () déterminela tension de sortie.

• Isolation: Matériaux diélectriques pour éviter les courts-circuits entre spires et entre enroulements et le noyau.

• Cuve et Huile (pour transformateurs de puissance): Assurent le refroidissement et l'isolation.

Relations Fondamentales

Le rapport de transformation () est crucial.

Formule de Boucherot (approximative):

• :Tension efficace

• : Nombre de spires

• : Fréquence

• : Flux magnétique maximal

Pertes dans un Transformateur

Un transformateur n'est pas idéal; il y a des pertes d'énergie.

1. Pertes Fer (Pertes dues au Noyau):

   • Pertes par Hystérésis: dues au cycle d'aimantation/désaimantation du matériau ferromagnétique.

   • Pertes par Courants de Foucault: courants induits dans la masse des tôles. Réduites par la stratification du noyau.

   • Ces pertes dépendent principalement de la tension et de la fréquence.

2. PertesCuivre (Pertes Joules):

   • Dues à la résistance des enroulements (effet Joule).

   • Dépendent du courant traversant les enroulements.

L'efficacité () d'un transformateur est généralement très élevée (95% à 99% pour les gros transformateurs).

Applications

• Transport d'énergie: Élever la tension pour réduire les pertes en ligne sur de longues distances (réseaux électriques).

• Distribution d'énergie: Abaisser la tension pour l'utilisation domestique et industrielle.

• Alimentations électroniques: Abaisser les tensions pour les circuits.

• Chargeurs, onduleurs, appareils électroménagers.

• Sécurité: Isolement galvanique (éviter les chocs électriques).

Points Clés à Retenir

• Un transformateur ne fonctionne qu'en courant alternatif.

• Iltransforme tension et courant, pas la fréquence.

• Le rapport de transformation est le rapport des tensions, des nombres de spires, et l'inverse du rapport des courants.

• Les pertes fer sont quasi constantes, les pertes cuivre varient avec la charge.

• Essentiel pour letransport et la distribution de l'électricité.