Les caracteristiques des composants electroniques : Les Transformateurs

1.1.Descriptions
Appareil statique transformant une énergie électrique portéepar un courant alternatif de tension donnée en une énergie électriqueportée par un courant alternatif de tension différente. Untransformateur peut être éleveur ou abaisseur de tension. Dansles conditions normales d'utilisation, le rendement detransformation est très élevé : il est voisin de 99 % surles plus gros transformateurs.

1.2.Symboles

 1.3.Unités; Formules
Les transformateurs monophasés

Un transformateur monophasé comporte un circuit magnétiquefermé, constitué par un empilage de tôles en fer doux ausilicium, isolées entre elles pour éviter des pertes d'énergiepar circulation de courants de Foucault. Il porte deuxenroulements qui, dans la pratique, sont généralement superposés,mais soigneusement isolés l'un de l'autre. L'un reçoit l'énergieentrante, c'est le bobinage primaire ; l'autre délivre l'énergiesortante, c'est le bobinage secondaire. Le courant alternatifprimaire induit un flux magnétique alternatif dans le circuitmagnétique ; ce flux induit à son tour un courantalternatif dans le bobinage secondaire. Aussi longtemps que l'onn'approche pas de la saturation magnétique, et pour autant queles sections des conducteurs électriques soient suffisantes pourlimiter les pertes par effet Joule, le rapport des tensionsefficaces primaire et secondaire est pratiquement égal aurapport du nombre de spires des bobinages correspondants. Lerapport des intensités efficaces est le rapport inverse (conservationde la puissance).


Si l'on observe la formule de l'image si dessus liées auxtransformateurs, on remarque que plus le nombre de spire duprimaire (  n₁) est grand par rapport à celui dusecondaire ( n₂), plus  V₂ sera petit.(transformateur branché sur le réseau 220 V~ pour obtenir destensions équivalente à celle de piles (6V, 9V, etc..) enalternatif .

Les transformateurs triphasés

Le transport et la distribution d'électricité s'effectuantsous forme triphasée, les transformateurs de puissance sont égalementdes transformateurs triphasés. Leurs circuits magnétiquescomportent trois colonnes parallèles, disposées en ligne, reliéesentre elles à leurs extrémités. Une cale d'équilibrage sur lacolonne centrale permet d'obtenir un comportement identique destrois colonnes magnétiques, malgré la dissymétrie de leurraccordement (le système ne serait symétrique que si les troiscolonnes étaient disposées en triangle équilatéral). Chaquecolonne porte un enroulement primaire et un enroulementsecondaire superposés, séparés entre eux par une gaineisolante. Les bobinages primaire et secondaire peuvent, indifféremment,être raccordés entre eux en étoile (avec neutre matérialisé),ou en triangle ; les systèmes de connexion peuvent êtredifférents au primaire et au secondaire. Les bobinagessecondaires des transformateurs d'alimentation domestique sonttoujours en étoile, car les réseaux correspondants comportentsystématiquement la distribution du neutre, afin d'alimenterchaque abonné entre une phase et le neutre.

1.4.Valeurs

1.4.1. Les Transformateurs àétrier :

Lestransformateurs à deux enroulements sont généralement repéréset il est assez facile de voir ou de tester les deux enroulements.Le primaire ( haute tension ) est constitué de fil plus fin quele secondaire , en testant à l' Ohmmètre la résistance duprimaire est plus importante que celle du secondaire .Pour lestransformateurs à étrier les deux bobines se superpose et leplus souvent le primaire est en bas ( à contrôler ).

1.4.2. Les Transformateursmoulés :

Lestransformateurs moulés comportent des picots qui permettent deles souder directement sur un circuit , ces picots sont repéréssur le dessus du transformateur par des chiffres ( voir deslettres en plus ) .Sur le coté du transformateur ont trouve lescaractéristiques avec le repérage des picots .

Il est possible de mettre les bobinages en série ou parallèle , dans le casdu parallèle les intensités s' ajoutent ainsi nous avons un transformateur detaille réduite par rapport a son équivalent ayant  un seul enroulement ausecondaire .
1.4.3. Les Transformateurstoriques :

Lestransformateurs toriques comportent un schémas avec le repérageet la couleur des fils .
1.4.4. Les Transformateurs R-Core :

Une profusion de formes, inspirées de ce transformateur toroïdal, sontapparues récemment, avec le R-Core (Sony), le Torus (Technics), qui sont des déclinaisonsdu même principe. Le fil constituant les enroulements suit le trajet le pluscourt possible, sans angles vifs ni ruptures de champ magnétique, la résistancedes enroulements s'en trouvent diminuée et les rayonnements indésirables sontréduits.



1.5.Variantes

Le rôle des transformateurs depuissance

C'est l'existence des transformateurs statiques qui est à labase de la généralisation planétaire de la distribution de l'électricitésous forme de courant alternatif. Ils permettent en effet, trèséconomiquement, de minimiser les pertes en ligne, en assurant letransport de l'énergie à longue distance sous tension élevée(400 000 V entre phases en France), puis d'abaisser ensuite cettetension, étape par étape, pour alimenter les réseaux dedistribution régionale et locale, jusqu'à la tension d'alimentationdomestique qui est, en France, de 220 V entre phase et neutre (380V entre phases).
Cet abaissement de tension, par étapes, a l'avantage delimiter, à chaque niveau, la puissance de court-circuit en cas d'accident :le transformateur se situant immédiatement en amont du court-circuitvoit son circuit magnétique se saturer, ce qui limite l'intensitédu court-circuit, donc la taille du disjoncteur amont chargé del'intercepter. C'est grâce à une autoprotection, assurée parla cascade des transformateurs abaisseurs de tension, qu'il estpossible, à l'entrée des logements, de ne disposer que depetits disjoncteurs compacts, qui seraient incapables de couperune intensité de court-circuit importante.
Les transformateurs présentent également l'avantage d'isolerentre eux les divers tronçons d'un grand réseau. S'il seproduit un défaut de terre accidentel, ce défaut n'affectera qu'untronçon bien déterminé du réseau, compris entre deuxtransformateurs, tronçon éventuellement isolabletransitoirement ou définitivement. Ainsi, l'ensemble du réseaune sera pas touché. La localisation du défaut en ligne se révèleégalement beaucoup plus facile.

1.5.1.Les transformateurs spéciaux

1.5.1.1.Transformateur de séparation :

Le transformateur de séparation est construit avec deuxenroulements ( si monophasé sinon 6 enroulements pour du triphasé)qui n'ont absolument aucune liaison électrique entre eux.
Ce type de transformateur les formules relatives à cetransformateur sont les mêmes que celle du transformateur "normal".
On utilise un tel transformateur là où la sécurité l'exige.C'est à dire où l'emplacement de travail avec des appareils électriquesprésente de grande surface conductrice ( cuve métallique ousalle de bain ). Le secondaire du transformateur étanttotalement isolé du primaire, donc aussi du conducteur deprotection et donc de toutes parties conductrices du bâtimentsou d'objets, lors défaut d'un appareil, nul courant ne peuttraverser le corps humain ( puisque aucun retour possible). Bien sûr on ne peut raccorder et utiliser qu'un seul appareil àla fois car il est impossible d'exclure tout risque de défautssimultanés et alors de permettre un passage du courant électriquedans le sens   source - défaut de l'appareil  1 -corps humain (avec effets néfastes)- éléments conducteurs (cuve) - défaut de l'appareil 2 - retour à la source.

1.5.1.2.Les transformateurs de mesure :

Ce sont les transformateurs spéciaux les plus répandus.Certains ont pour mission d'élaborer un courant à basse tensionproportionnel à l'intensité véhiculée dans un conducteur àtension plus élevée, qui peut éventuellement être une trèshaute tension. Ce conducteur se comporte comme un primaire detransformateur à spire unique. Il est entouré d'un noyau magnétiqueen forme de tore, noyau qui porte le bobinage secondairealimentant l'ampèremètre de mesure : cet ensemble s'appelletransformateur d'intensité. Il ne comporte aucune zone soushaute tension. La mesure des tensions élevées nécessite égalementl'élaboration d'une tension modérée proportionnelle. C'est lerôle des transformateurs de potentiel, dont la construction estbeaucoup plus délicate que celle des transformateurs d'intensité,car leurs primaires sont directement soumis à la haute tensionà mesurer et mobilisent ainsi des dispositions draconiennes auniveau de leur isolement, par rapport à la terre et par rapportà leurs secondaires, connectés chacun à un voltmètre demesure à basse tension.

1.5.1.3.Les autres transformateurs spéciaux :

Il en existe une grande variété. Les autotransformateurs necomportent qu'un seul bobinage par phase, bobinage doté d'uneconnexion intermédiaire. Le primaire est relié aux extrémitésde ce bobinage, le secondaire à l'une des extrémités et à laconnexion intermédiaire. Ils ont connu un certain succès dansles débuts de la distribution de l'électricité sous forme decourant alternatif, en raison de leur coût plus faible que celuides transformateurs classiques, mais ont été très viteabandonnés, lorsque les réseaux se sont développés, car ilsprésentaient le défaut rédhibitoire de ne pas isoler leurprimaire de leur secondaire. Dans les débuts de la distributionélectrique, de petits réseaux diphasés ont coexisté avec le réseaugénéral triphasé. On a conçu alors des transformateurstriphasés-diphasés qui permettaient d'alimenter les petits réseauxdiphasés à partir du réseau principal. On construit encore, àla fin du XX^e siècle, des transformateurs triphasés-monophasés,par exemple pour alimenter des puissants postes de soudure à l'arc.Certains transformateurs de puissance possèdent plusieurs bornesde connexion sur leur circuit basse tension. Cela permet d'adapterleur rapport de transformation, par exemple lorsque la tension àl'extrémité d'une ligne d'interconnexion se modifiesensiblement, en fonction du sens de la puissance transportée.Il existe également des fours-transformateurs, dont lesecondaire est constitué par une seule spire en métal réfractaireayant la forme d'une auge. Il y circule un courant d'intensitéconsidérable qui permet d'y faire fondre un métal plus fusiblequi, dès qu'il commence à fondre, participe à la circulationdu courant secondaire. Dans certains montages électroniques, ilest nécessaire d'adapter l'impédance d'un circuit aval auxcaractéristiques d'un circuit amont qui l'alimente : cepeut être, par exemple, le cas des haut-parleurs d'une chaîneà haute-fidélité que l'on adapte aux caractéristiques dudernier étage d'amplification qui les alimente, parinterposition d'un transformateur de rapport adéquat.