Transformateurs : Principe et Applications
Le Principe de l’Induction Électromagnétique
Les transformateurs fonctionnent selon le principe de l’induction électromagnétique, découvert par Michael Faraday en 1831. La loi de Faraday stipule qu’un changement de flux magnétique à travers une boucle fermée de fil induit une force électromotrice (FEM) dans la boucle. Cette FEM induite crée un courant électrique dans le fil, permettant le transfert d’énergie entre les circuits sans contact électrique direct. Les transformateurs utilisent ce principe en employant deux bobines ou plus, nommées enroulements, enroulées autour d’un noyau magnétique commun.
Calcul du Transformateur – Rapport de Tours & Tours par Volt
Le calcul d’un transformateur implique la détermination de ses spécifications en fonction des tensions d’entrée et de sortie, du courant et de la puissance requis. Les paramètres critiques incluent le rapport de tours et le nombre de tours dans les enroulements primaire et secondaire, ainsi que la taille du fil.
Rapport de tours (N) : Le rapport de tours est le rapport du nombre de tours dans l’enroulement primaire (Np) sur le nombre de tours dans l’enroulement secondaire (Ns). Il détermine la relation entre les tensions d’entrée (primaire) et de sortie (secondaire) d’un transformateur. Ce rapport peut être exprimé par la formule :
N = Np / Ns
Selon l’équation de base de la tension du transformateur, le rapport de la tension primaire (Vp) à la tension secondaire (Vs) est égal au rapport de tours :
Vp / Vs = Np / Ns
Tours par volt (Tpv) : Les tours par volt représentent le nombre de tours nécessaires dans l’enroulement pour chaque volt de sortie. Ce paramètre dépend du matériau du noyau, de sa taille et de la fréquence de fonctionnement. La valeur des tours par volt aide à déterminer le nombre de tours requis pour les enroulements primaire et secondaire afin d’atteindre la transformation de tension désirée.
Tpv = (4.44 × 104 × Ae × Bm × f) / Vp
Construction des Transformateurs
Les transformateurs sont des dispositifs électriques essentiels qui transfèrent l’énergie entre des circuits de niveaux de tension différents grâce à l’induction électromagnétique. Leur construction varie selon leur application, leur puissance nominale et leur type, mais certains composants fondamentaux sont communs à la plupart des transformateurs :
Noyau magnétique : Le noyau magnétique est la partie centrale d’un transformateur et sert de chemin pour le flux magnétique.
Enroulements : Les enroulements sont des bobines de fil de cuivre ou d’aluminium isolé enroulées autour du noyau magnétique.
Isolation : Des matériaux isolants sont utilisés pour séparer les enroulements du noyau et les uns des autres.
Système de refroidissement : Pour maintenir des performances optimales et prévenir les dommages, un système de refroidissement est employé.
Enceinte : L’enceinte protège le transformateur des facteurs externes.
Types de Transformateurs
Les transformateurs peuvent être classés en deux catégories principales : les transformateurs élévateurs et les transformateurs abaisseurs.
Transformateurs élévateurs : Ces transformateurs augmentent la tension de l’enroulement primaire à l’enroulement secondaire, tout en diminuant proportionnellement le courant.
Transformateurs abaisseurs : Ces transformateurs diminuent la tension de l’enroulement primaire à l’enroulement secondaire, tout en augmentant proportionnellement le courant.
Pertes d’Énergie dans les Transformateurs
Les pertes d’énergie dans les transformateurs se classifient en deux catégories : les pertes noyau et les pertes cuivre (ou enroulement).
Pertes noyau : Les pertes noyau, aussi appelées pertes fer ou magnétiques, se produisent dans le noyau magnétique du transformateur.
Pertes cuivre (pertes enroulement) : Les pertes cuivre, également connues sous le nom de pertes ohmiques, se produisent en raison de la résistance des enroulements du transformateur.
Applications des Transformateurs
Les transformateurs jouent un rôle vital dans une large gamme d’applications, y compris :
Production et transmission d’énergie : Les transformateurs sont utilisés pour élever la tension générée par les centrales électriques avant la transmission sur de longues distances.
Applications industrielles : Les transformateurs sont employés dans divers processus industriels.
Électronique : De petits transformateurs se trouvent couramment dans des dispositifs électroniques.
Éclairage : Les transformateurs sont utilisés dans les systèmes d’éclairage.
Équipement médical : Dans les installations médicales, les transformateurs sont utilisés dans des dispositifs tels que les machines à rayons X et les scanners IRM.
Conclusion
Les transformateurs sont des composants indispensables des systèmes d’alimentation modernes, permettant la génération, la transmission et la distribution efficaces de l’énergie électrique. En comprenant les principes derrière les transformateurs et leurs diverses applications, nous pouvons apprécier leur rôle crucial dans l’alimentation de nos vies quotidiennes et dans le progrès technologique.
