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Les bases du transformateur

Les bases du transformateur

Les transformateurs sont largement utilisés dans toutes les branches de l'électronique. L'une de leurs utilisations les plus connues est dans les applications de puissance où ils sont utilisés pour transformer la tension de fonctionnement d'une valeur à une autre. Ils servent également à isoler le circuit en sortie d'une connexion directe au circuit primaire. De cette manière, ils transfèrent l'énergie d'un circuit à un autre sans connexion directe.

De très gros transformateurs sont utilisés sur le réseau national pour changer les tensions de ligne entre les différentes valeurs requises. Cependant, pour les radioamateurs ou les amateurs de maison, les transformateurs sont couramment utilisés dans les alimentations électriques. Les transformateurs sont également largement utilisés dans d'autres circuits, de l'audio jusqu'aux radiofréquences, où leurs propriétés sont largement utilisées pour coupler différentes étapes au sein de l'équipement.

Qu'est-ce qu'un transformateur?

Un transformateur de base se compose de deux enroulements. Ceux-ci sont connus comme le primaire et le secondaire. Par essence, le pouvoir entre sur le primaire et sort sur le secondaire. Certains transformateurs ont plus d'enroulements mais la base de fonctionnement est toujours la même.

Il y a deux effets principaux qui sont utilisés dans un transformateur et tous deux sont liés au courant et aux champs magnétiques. Dans le premier, on constate qu'un courant circulant dans un fil crée un champ magnétique autour de lui. L'amplitude de ce champ est proportionnelle au courant circulant dans le fil. On constate également que si le fil est enroulé en une bobine, le champ magnétique est augmenté. Si ce champ magnétique généré électriquement est placé dans un champ existant alors une force sera exercée sur le fil transportant le courant de la même manière que deux aimants fixes placés à proximité l'un de l'autre s'attireront ou se repousseront l'un l'autre. C'est ce phénomène qui est utilisé dans les moteurs électriques, les compteurs et un certain nombre d'autres unités électriques.

Le deuxième effet est que l'on constate que si un champ magnétique autour d'un conducteur change, un courant électrique sera induit dans le conducteur. Un exemple de ceci peut se produire si un aimant est rapproché d'un fil ou d'une bobine. Dans ces circonstances, un courant électrique sera induit, mais uniquement lorsque l'aimant est en mouvement.

La combinaison des deux effets se produit lorsque deux fils ou deux bobines sont placés ensemble. Lorsqu'un courant change de magnitude dans le premier, cela se traduira par un changement du flux magnétique et cela à son tour entraînera un courant induit dans le second. C'est le concept de base d'un transformateur, et on peut voir qu'il ne fonctionnera que lorsqu'un courant changeant ou alternatif passe par l'entrée ou le circuit primaire.

Rapport de tours du transformateur

Pour qu'un courant circule, une force électromagnétique (force électromotrice) doit être présente. Cette différence de potentiel ou tension à la sortie dépend du rapport de spires dans le transformateur. On constate que si plus de spires sont présentes dans le primaire que dans le secondaire, la tension à l'entrée sera alors supérieure à la sortie et vice versa. En fait, la tension peut être facilement calculée à partir d'une connaissance du rapport de spires:

Es = ns
Ep np


Ep est l'EMF primaire
Es est l'EMF secondaire
np est le nombre de tours sur le primaire
ns est le nombre de tours sur le secondaire

Si le rapport de tours ns / np est supérieur à un, le transformateur émettra une tension plus élevée à la sortie qu'à l'entrée et on dit qu'il s'agit d'un transformateur élévateur. De même, un avec un rapport de rotation inférieur à un est un transformateur abaisseur.

Rapports de tension et de courant à travers le transformateur

Il existe un certain nombre d'autres facteurs qui peuvent être facilement calculés. Le premier est le rapport des courants et tensions d'entrée et de sortie. Comme la puissance d'entrée est égale à la puissance de sortie, il est possible de calculer une tension ou un courant si les trois autres valeurs en utilisant la formule simple ci-dessous. Ce fait ne tient pas compte des éventuelles pertes dans le transformateur qui peuvent heureusement être ignorées pour la plupart des calculs.

Vp x Ip = Vs x Est

Par exemple, prenons le cas d'un transformateur secteur qui délivre 25 volts à un ampli. Avec une tension d'entrée de 250 volts, cela signifie que le courant d'entrée n'est que d'un dixième d'ampère.

Pour certains transformateurs, le nombre de tours sur le primaire sera le même que sur le secondaire, et le courant et la tension à l'entrée seront les mêmes que ceux à la sortie. Cependant, lorsque le rapport de tours n'est pas de 1: 1, le rapport de tension et de courant sera différent à l'entrée et à la sortie. À partir de la simple relation montrée ci-dessus, on verra que le rapport de la tension au courant change entre l'entrée et la sortie. Par exemple, un transformateur avec un rapport de tours de 2: 1 peut avoir une entrée de 20 volts avec un courant de 1 ampère, alors qu'à la sortie, la tension sera de 10 volts à 2 ampères. Comme le rapport de la tension et du courant détermine l'impédance, on peut voir que le transformateur peut être utilisé pour changer l'impédance entre l'entrée et la sortie. En fait, l'impédance varie comme le carré du rapport de spires comme vu par:

Zp = np2
Zs ns2

Utilisé

Les transformateurs sont largement utilisés dans de nombreuses applications en radio et en électronique. L'une de leurs principales applications est dans les alimentations secteur. Ici, le transformateur est utilisé pour changer la tension d'alimentation secteur (environ 240 V dans de nombreux pays et 110 V dans de nombreux autres) à la tension requise pour alimenter l'équipement. La plupart des équipements actuels utilisant la technologie des semi-conducteurs, les tensions requises sont bien inférieures à celles du secteur entrant. De plus, le transformateur isole l'alimentation du secondaire du secteur, rendant ainsi l'alimentation secondaire beaucoup plus sûre. Si l'alimentation était prélevée directement sur le secteur, il y aurait un risque de choc électrique beaucoup plus grand.

Un transformateur de puissance comme celui utilisé dans une alimentation électrique est généralement enroulé sur un noyau de fer. Ceci est utilisé pour concentrer le champ magnétique et assurer que le couplage entre le primaire et le secondaire est très serré. De cette manière, l'efficacité est maintenue aussi élevée que possible. Cependant, il est très important de s'assurer que ce noyau n'agit pas comme un enroulement à un tour. Pour éviter cela, les sections du noyau sont isolées les unes des autres. En fait, l'âme est constituée de plusieurs plaques, chacune imbriquée mais isolée l'une de l'autre comme illustré.

Les deux enroulements d'un transformateur de puissance sont bien isolés l'un de l'autre. Cela évite que l'enroulement secondaire ne devienne sous tension.

Bien que l'une des principales utilisations des transformateurs que l'amateur rencontrera soit pour transformer les tensions d'alimentation ou de secteur à un nouveau niveau, ils ont également une variété d'autres applications pour lesquelles ils peuvent être utilisés. Lorsque des vannes étaient utilisées, elles étaient largement utilisées dans les applications audio pour permettre aux haut-parleurs à faible impédance d'être entraînés par des circuits de vanne qui avaient une impédance de sortie relativement élevée. Ils sont également utilisés pour les applications de radiofréquence. Le fait qu'ils puissent isoler les composants de courant continu du signal, agir comme des transformateurs d'impédance et comme des circuits accordés en un seul signifie qu'ils sont un élément vital dans de nombreux circuits. Dans de nombreux récepteurs portables, ces transformateurs IF assurent la sélectivité du récepteur. Dans l'exemple illustré, on peut voir que le primaire du transformateur est accordé à l'aide d'un condensateur pour le mettre en résonance. L'ajustement de la fréquence de résonance est normalement effectué à l'aide d'un noyau qui peut être vissé pour faire varier la quantité d'inductance de la bobine. Le transformateur fait également correspondre l'impédance plus élevée de l'étage de collecteur de l'étage précédent à l'impédance inférieure de l'étage suivant. Il sert également à isoler les différentes tensions en régime permanent sur le collecteur de l'étage précédent de la base de l'étage suivant. Si les deux circuits n'étaient pas isolés l'un de l'autre, les conditions de polarisation CC des deux transistors seraient perturbées et aucun des étages ne fonctionnerait correctement. En utilisant un transformateur, les étages peuvent être connectés pour des signaux CA tout en maintenant les conditions de polarisation CC.

Résumé

Le transformateur est un composant inestimable dans la scène électronique d'aujourd'hui. Malgré le fait que les circuits intégrés et autres dispositifs à semi-conducteurs semblent être utilisés en quantités toujours croissantes, il n'y a pas de substitut au transformateur. Le fait qu'il soit capable d'isoler et de transférer la puissance d'un circuit à un autre tout en modifiant l'impédance, garantit qu'il est placé de manière unique en tant qu'outil pour les concepteurs électroniques.


Voir la vidéo: Transformateurs (Décembre 2020).