Les transformateurs

Les transformateurs.1. Prambule:

Ils sont tous conus daprs le principe dit par la loi de Lenz, qui dit:

Tout matriau conducteur, subissant une variation de flux magntique dans le temps va induire une force lectromotrice, dont les effets sils peuvent se manifester vont avoir tendance sopposer la cause qui leur a donn naissance.

La formule de la force lectromotrice sera: (en Volts)

N sera le nombre de spires de fils constat, si le matriau conducteur est compos dune bobine.

Dans le cas dune masse conductrice expose, N sera remplac par un coefficient qui dpendra du volume, de la temprature et de la disposition de cette masse par rapport au flux magntique peru. Dans ce cas, on parle plus volontiers de courant de Foucault(Gnrateur de pertes)

La force lectromotrice (f.e.m) sera indpendante du matriau utilis, qui pourra tre conducteur ou isolant.2. Fonction dusage des transformateurs.

Un transformateur permet dadapter un niveau de tension alternative monophase ou triphase, en absorbant de lnergie lectrique et en la restituant, pratiquement en intgralit, tout en assurant une isolation galvanique.Il est donc possible, partir dune source de tension alternative, avec une tension efficace donne, dobtenir une autre source de tension alternative, indpendante matriellement, de la premire.

Les transformateurs sont rversibles.

En fonction de la tension obtenue par rapport la tension impose, on qualifie le transformateur.

Si U obtenue < U impose, le transformateur est abaisseur

Si U obtenue > U impose, le transformateur est lvateur

Si U obtenue = U impose, le transformateur est qualifi disolement, car il isole lutilisation de la terre et il ny plus de risque de fuite vers le sol.

Remarque:

Il a t dit que pratiquement toute lnergie absorbe tait restitue, ceci bien sur nest pas totalement vrai, il existe un rendement.

Dans lindustrie si ( devient infrieur 95 % le transformateur est chang.3. Symboles lectriques et termes utiliss.

Les tensions et intensits sont alternatives.

On se sert des valeurs efficaces de ces grandeurs. Les dphasages seront, en valeurs absolues, identiques au primaire et au secondaire.Remarques:

Il peut y avoir plusieurs primaires relis en srie ou non, pour pouvoir sadapter aux niveau de tensions adapter. Il peut y avoir plusieurs secondaires, indpendant ou non pour pouvoir bnficier de plusieurs niveaux de tensions.a) Puissance et intensit nominales.

Un transformateur sera choisi, en fonction de la puissance apparente totale, nominale, quil pourra fournir, ainsi que des tensions primaires et secondaires nominalesS = ( U1 . I1 ( ( U2 . I2Exemple : Un transformateur 230v / 24 V, 100VA Il absorbera sensiblement 100 VA donc:

= 0,434 A

Il sera capable de fournir 24 V, si on lui demande une intensit I2 telle que:

= 4,16 A

Ceci, indpendamment du dphasage impos par le rcepteur branch au secondaire

Constats:

La tension sera dcroissante, si lon demande un intensit suprieure I nominale, donc, si P demande = U2 . I2 est suprieure P nominale. Si le transformateur ne dbite rien, ( vide) la tension au(x) secondaire(s) sera lgrement suprieure la valeur nominale indique sur la plaque signaltique.b) Rapport de transformation.Il sagit du rapport entre tension secondaire et tension primaire, ce rapport est pratiquement constant.

Comme la puissance est sensiblement la mme au primaire et secondaire(U1 . I1 ( U2 . I2), ce rapport peut tre donn avec les intensits.

Ceci entrane que, l o les tensions sont faibles, il y a beaucoup de courant et les conducteurs sont de section importante. (et vise versa)4. Prcautions dusage. Il est dconseill de demander plus, que le(s) secondaire(s), peut thoriquement fournir. Sinon lchauffement provoqu par leffet Joules risque de diminuer les performances magntiques du transformateur et de ce fait diminuer le rendement. Dans un excs trop prolong, la chaleur risque de faire fondre les isolants. Il est dangereux dimposer une tension suprieure celle prconise (et calcule) au primaire. Le faire expose une violente sur intensit destructrice dans les enroulements. Il convient donc de ne pas se tromper denroulement.5. Principes de fonctionnement et de construction communs tous les transformateurs.Les transformateurs utilisent la loi de Lenz, savoir:

(en Volts)(( = Produit de linduction magntique par la surface du noyau magntique = B . S )

Dans la mesure o les bobines se trouve sur un mme circuit magntique qui va conduire le flux.

Il y aura galit:

E . sin (( . t ) =

(Produit du nombre de spires, par la drive du flux magntique par rapport au temps.)De cette galit, il est possible de sortir une des rgles fondamentales du calcul de transformateur:

Avec :

N, ce sera le nombre de spires au primaire ou au secondaire. B maximum sera linduction maximum que pourra transporter le circuit magntique. Cette donne dpend du matriau et est donne par les fabricants.

S en m est la surface interne du support isolant des conducteurs. La surface dpendra de la puissance que devra fournir le transformateur. Cette donne dpend aussi du matriau et est donne par les fabricants. La frquence f, en Hertz, est celle du rseau (50 Hertz)

6. Pour construire un transformateur.

En fonction des matriaux achets, les constructeurs peuvent fournir des abaques de calculs. (En donnant la frquence) Connaissant la puissance dsire, il sera possible de savoir:

Le type de support des isolants.

Le nombre de spires par volts, placer au(x) primaire(s) et au(x) secondaire(s).

La densit de courant conseille pour chaque enroulement, en fonction de la temprature dusage. (d = I / section du fil)Si lon ne possde pas dabaque. Il est par contre possible dobtenir chez les constructeurs deux donnes essentielles: Le modle de circuit magntique et linduction maximum supportable par ce circuit.

Connaissant le modle de circuit magntique, il sera possible de savoirle type de support isolant des conducteurs et de mesurer la surface.

Connaissant linduction maximum B maxi, la frquence et les tensions dsires, il sera possible de calculer le nombre de spires ncessaires au primaire, puis au(x) secondaire(s) en appliquant et en retournant la formule:

7. Types de transformateurs rencontrs.

a) Monophass.

Ils sont rpartis en quatre espces: Les abaisseurs de tension. (Rversibles)

Les lvateurs de tension. (Rversibles) Les transformateurs disolement, utiliss dans les domaines de scurit, (avec m = 1)

Les transformateurs dimpulsions, de trs petites tailles, ils servent en lectroniques pour transmettre des informations et ne transportent que trs peu dnergie.

b) Triphass.

Si linstallation utilisatrice, au niveau du secondaire est quilibre.

Ils comportent trois enroulements primaires et trois secondaires, Dans ce cas, on calcule un enroulement primaire et un secondaire. Les autres sont identiques. En principe les enroulements chaque phase est sur un support bien dlimit.Ils sont rpartis en deux espces:

Les abaisseurs de tension. (Rversibles)

Les lvateurs de tension. (Rversibles) La grosse diffrence se fera en fonction de la manire dont seront coupls les enroulements au primaire et au secondaire: Etoile au primaire et Etoile au secondaire. Etoile au primaire et Triangle au secondaire. Triangle au primaire et Triangle au secondaire. Triangle au primaire et Etoile au secondaire.Si linstallation utilisatrice, au niveau du secondaire est dsquilibre.

Ils comporteront des enroulements spciaux, nomms Zig-Zag Ce type de couplage permet un meilleur quilibrage des champs magntiques.Ils seront constitus de neuf enroulements pour le primaire et / ou le secondaire. (Trois par phase)

Chaque support de conducteurs qui dans le cas prcdent, ne comportait quune phase, en comportera ici trois, constitue par un tiers des enroulements ncessaires.

Par la suite, les diffrences apparatront, en fonction de la manire dont seront coupls les enroulements au primaire et au secondaire: Etoile au primaire et Etoile au secondaire. Etoile au primaire et Triangle au secondaire. Triangle au primaire et Triangle au secondaire. Triangle au primaire et Etoile au second.Remarque: du fait des dphasages de chaque phase, une baisse de niveau de tension peut apparatre pour chaque phase. Pour compenser, chacune des bobines verra sont nombre de spires augmentes.

Complments sur les circuits magntiques.

1) Les matriaux utiliss doivent prsenter le moins dhystrsis possible. Le fait quil y ait une conservation de magntisme (rmanence) entrane chaque alternance du courant, une dpense dnergie pour liminer ce magntisme (cration dun champ coercitif), donc des pertes calorifiques dans le fer.

Cela entrane une surconsommation inutile quivalent celle qui serait occasionne par une rsistance place en parallle sur le primaire.

Un bon indice de qualit des matriaux sera celui qui prsente le moins de pertes de ce type.2) Tout matriau prsente ce qui sappelle, une saturation magntique.

Linduction maximale doit se trouver en dessous de la saturation.

Comme tension aux bornes dun enroulement et magntisme produit; sont intimement lis, le fait de sur alimenter en tension, un enroulement, risque damener cette saturation.Ceci entrane rapidement une violente sur intensit.3) Le matriaux magntiques sont gnralement conducteurs, ils produisent des courants dits de FoucaultComme les transformateurs ne fonctionnent quavec des courants alternatifs, on constate la gnration de courants lintrieur des circuits magntiques.(cf. loi de Lenz Ces courants se rebouclent sur eux-mmes en court-circuit et provoquent des pertes en chaleur.Les courants se dplacent perpendiculairement au flux magntique.

Pour lutter et diminuer ces pertes, il existe deux grandes familles de circuits magntiques.

a) Les circuits feuillets.

Ils sont constitus par un empilage de plaques mtalliques fines, recouvertes dun vernis isolant. Plus les plaques sont fines meilleur est le rsultat.

b) Les circuits cristaux orients (magntiquement orients)Le principe de base, est analogue aux tles feuilletes, cependant la construction de ces circuits est entirement diffrente.Ce type de circuit est parmi les plus performant.

Il se prsente sous forme demi torique assembler, ou directement torique.

Il sagit dun agglomrat de trs fine limaille mtallique noy lors de la construction dans une rsine liquide, isolante lectriquement.Lensemble est plac dans des moules et est soumis un fort champs magntique continu.

Les grains de limaille se joigne en files et se positionnent sur les lignes de champ magntique. Chaque ligne est noye dans la rsine isolante.

(Lespace entre les lignes est infrieur ou gale au micron.)

Par la suite, grce un procd de polymrisation, la rsine est durcie, mais reste isolante.

Plac dans un transformateur, les minuscules et innombrables lignes sont traverses par le magntisme, mais les courants ne peuvent pratiquement pas passer en travers.

Ce qui fournit de lnergie est qualifi de secondaire

Tout ce qui est secondaire, a lindice 2

Ce qui reoit lnergie est qualifi de primaire

Tout ce qui est primaire, a lindice 1

U2

I2

U2

I 1

U1

U2

I2

I 1

U2

U1

Nouveau symbole:

Ancien symbole:

U2

I2

U2 nominale

I2 nominale

U efficace = 4.44 . N .B maximum . S . f

Pour une bobine (Primaire), soumise une diffrence de potentiels alternatifs,

e = E . sin (( . t ), va produire un flux magntique ( alternatif.

Si une deuxime bobine (Secondaire), subit le flux magntique, elle va induire, une f.e.m. alternative.

Remarque:

EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3

Secondaire:

U2 = 4,44 . N2 . Bmax . S. f

(

Primaire:

U1 = 4,44 . N1 . Bmax . S. f

I2

U2

U1

I1

U efficace = 4.44 . N .B maximum . S . f

Enroulements primaires ou secondaires

Support des bobines.

Sortie phase 2

Sortie phase 1

Sortie phase 3

Entre phase 3

Entre phase 1

Entre phase 2

Les courants de Foucault ne peuvent pas traverser du fait de la prsence du vernis isolant.

( 0

(

Champ magntique

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