TRANSFORMATEUR MONOPHASE

 I. FONCTION DU TRANSFORMATEUR

Le transformateur est un convertisseur statique d’énergie électrique réversible. Il transfère, en alternatif, une puissance électrique d’une source à une charge, en adaptant les valeurs de la tension (ou du courant) au récepteur.

Le rôle d’un transformateur est en général, de modifier la valeur efficace d’une tension sans en changer ni la forme (sinusoïdale), ni la fréquence.

U1 et U2 sont respectivement les valeurs efficaces des tensions u1 et u2.

Si U2 > U1 : élévateur si U2<U1 : abaisseur.

II. PRESENTATION DU TRANSFORMATEUR

    1. Description et symbole

Un transformateur est constitué d’un circuit magnétique sur lequel sont disposés deux bobinages en cuivre : le primaire et le secondaire. Nous noterons N1 le nombre de spires du primaire et N2 celui du secondaire. De manière générale, les grandeurs du primaire seront indicées 1 et les grandeurs du secondaire indicées 2. On utilise 2 symboles normalisés pour le transformateur.

    2. Conventions

PRIMAIRE : le bobinage du primaire est celui qui est alimenté : il joue le rôle d’un récepteur et, pour cette raison, nous adoptons au primaire une convention récepteur. 

SECONDAIRE : le bobinage du secondaire est celui qui va alimenter une charge : il a un rôle de générateur et, pour cela, nous adoptons au secondaire une convention générateur

BORNES HOMOLOGUES : le primaire et le secondaire sont orientés de façon que des courants d’intensité i1 et i2 de même signe, engendrent des champs magnétiques dont les lignes de champ magnétique ont le même sens. Les bornes d’entrée de ces courants de même signe sont appelées bornes homologues

3. Principe de fonctionnement 

Rappel : LOI DE FARADAY

Une variation de flux magnétique à travers une spire crée une f.é.m. e. Inversement une f.é.m. e dans une spire crée une variation de flux à travers celle-ci.

 Le bobinage du primaire est alimenté sous une tension sinusoïdale. Il est alors parcouru par un courant alternatif qui crée un flux variable dans le circuit magnétique. Le bobinage du secondaire, traversé par ce flux variable, est le siège d’une f.é.m. induite. La tension au secondaire est sinusoïdale, de même fréquence que la tension au primaire de valeur efficace U2 différente de la valeur efficace U1 de la tension au primaire.

III. MODELE EQUIVALENT DU TRANSFORMATEUR PARFAIT.

    1. hypothèse

Un transformateur est parfait lorsqu’il ne provoque aucune perte d’énergie. Cette définition implique la réalisation simultanée des 3 conditions suivantes : 

  Il n’y a pas de pertes par effet Joule, donc la résistance R1 et R2 des deux enroulements sont nulles.

  Il n’y a pas de pertes dans le circuit magnétique, donc ni hystérésis, ni courant de Foucault.

  Il n’y a pas de fuites magnétiques, donc les lignes de champ sont caractérisées par le circuit magnétique fermé. Cette hypothèse entraîne aussi que le circuit magnétique, ne se sature pas et que la perméabilité relative µr est infinie. 

    2. Relations du transformateur parfait.

      2.1. Relations entre les tensions. 

L’enroulement du primaire, formé de N1 spires est le siège d’une f.é.m. :

Le flux  traverse toute spire du secondaire puisque nous avons supposé qu’il n’y avait pas de fuites magnétiques

      2.2. Relations entre les intensités des courants primaire et secondaire

Les flux étant additifs et le circuit magnétique idéal, le théorème d’Ampère s’écrit :

Remarque: selon la loi de Lenz, les Ampères-tours du secondaire s’opposent au primaire.

      2.3. Diagramme de Fresnel

      2.4. formule de Boucherot

      2.5. Relations entre les puissances

      2.6. Modèle équivalent

           2.6.1. « Vu » du primaire