Fiche de révision : Transformateur monophasé

📋 Plan du Cours

1. Définition et rôle du transformateur
2. Constitution et circuits magnétiques
3. Transformateur parfait et régime sinusoïdal
4. Modèle réel et essais de Kapp
5. Chute de tension et rendement
6. Mise en parallèle des transformateurs
7. Transformateurs spéciaux et leurs usages
8. Autotransformateur et absence d’isolement

📖 1. Définition et rôle du transformateur

🔑 Notions clés & Définitions

• Transformateur : Convertisseur statique à induction, constitué d’au moins deux enroulements fixes inductivement couplés, qui convertit l’énergie électrique par induction électromagnétique.

★ À maîtriser

• Un transformateur modifie les valeurs de la tension et du courant alternatifs tout en conservant leur fréquence et leur forme.

Compléments

• Un transformateur est réversible : le primaire et le secondaire sont nommés selon le sens prévu du transfert d’énergie.

📖 2. Constitution et circuits magnétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Bornes homologues : Bornes marquées par un point qui ont la même polarité instantanée.

★ À maîtriser

• Un transformateur monophasé comporte un circuit magnétique sur lequel sont bobinés deux enroulements conducteurs isolés, appelés primaire et secondaire.

📌 Dans un transformateur à colonnes, les enroulements sont placés autour de deux colonnes du noyau, tandis que dans un transformateur cuirassé, ils entourent la branche centrale.

Compléments

• Le sens du bobinage détermine le sens du champ magnétique créé et les polarités instantanées des tensions induites.

📖 3. Transformateur parfait et régime sinusoïdal

★ À maîtriser

• Le transformateur parfait ne présente ni fuites magnétiques, ni pertes Joule, ni pertes fer, et son circuit magnétique est supposé infiniment perméable.

• En régime sinusoïdal, toutes les grandeurs varient à la même fréquence et les tensions et courants peuvent être représentés en notation complexe sur un diagramme de Fresnel.

Compléments

• Dans le modèle parfait, les inductances de fuite sont nulles, les résistances des enroulements sont nulles et la réluctance du circuit magnétique est nulle.

• La formule de Boucherot sert à déterminer le nombre de spires lorsque les tensions primaire et secondaire sont connues.

📖 4. Modèle réel et essais de Kapp

🔑 Notions clés & Définitions

• Approximation de Kapp : Approximation qui consiste, en fonctionnement en charge, à négliger le courant à vide devant le courant primaire.

★ À maîtriser

• Les paramètres du schéma équivalent de Kapp sont déterminés par des essais expérimentaux à vide et en court-circuit.

• Lors de l’essai en court-circuit, la tension primaire est réduite à une valeur comprise entre 5 et 10 % de sa valeur nominale, tandis que le courant secondaire atteint sa valeur nominale.

Compléments

• Le modèle réel s’obtient en réintroduisant les paramètres négligés dans le modèle parfait, notamment les résistances, les fuites magnétiques et les pertes.

• L’approximation de Kapp revient à négliger le courant magnétisant ainsi que les pertes par hystérésis et par courants de Foucault.

• À vide sous tension nominale, le secondaire est ouvert, donc le courant secondaire est nul.

📖 5. Chute de tension et rendement

🔑 Notions clés & Définitions

• Chute de tension : Différence entre la tension secondaire à vide et la tension secondaire en charge.

★ À maîtriser

• Le rendement du transformateur est maximal lorsque les pertes Joule sont égales aux pertes fer, et non lorsque la somme de ces pertes est minimale.

Compléments

• Le diagramme de Kapp est la représentation de Fresnel du schéma équivalent du transformateur vu du secondaire et permet de déterminer graphiquement la chute de tension en charge.

• Pour estimer la chute de tension en charge, le triangle de Kapp est considéré petit devant la tension secondaire à vide, ce qui permet d’assimiler les angles associés à la charge et au triangle.

💡 Astuce mémo

Pertes fer et pertes Joule minimales ensemble → rendement maximal.

📖 6. Mise en parallèle des transformateurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Mise en parallèle : Connexion de plusieurs transformateurs à la même ligne d’entrée et à la même ligne de sortie.

★ À maîtriser

• Les transformateurs en parallèle doivent avoir :
  • le même rapport de transformation
  • les mêmes tensions primaire et secondaire
  • le même pourcentage d’impédance

📌 Les transformateurs mis en parallèle doivent respecter leurs polarités, car une connexion incorrecte produit un effet équivalent à un court-circuit.

Compléments

• La mise en parallèle permet d’augmenter la puissance disponible lorsque la charge dépasse la capacité du transformateur en service, sans remplacer celui-ci par un transformateur plus puissant.

• La mise en parallèle est nécessaire lorsque la puissance à transporter ne peut pas être assurée par un seul transformateur et peut faciliter la continuité d’alimentation grâce à un transformateur de rechange.

📖 7. Transformateurs spéciaux et leurs usages

🔑 Notions clés & Définitions

• Transformateur d’isolation : Transformateur dont le secondaire est physiquement et électriquement séparé du primaire, les deux enroulements restant couplés magnétiquement.

📝 Points essentiels

• Le transformateur d’isolation peut réduire les pics de tension et les perturbations provenant de l’alimentation avant leur transfert à la charge.

• Le transformateur d’isolation contribue à la sécurité des installations, notamment contre les électrocutions, et peut être utilisé dans les blocs opératoires.

• Un transformateur à multiprise primaire possède plusieurs branches ayant des nombres de spires différents, ce qui permet de choisir une tension primaire adaptée.

• Un transformateur à multi-enroulement secondaire possède un seul enroulement primaire et plusieurs enroulements secondaires électriquement séparés, et peut être abaisseur ou élévateur selon l’application.

• Le transformateur de distribution monophasé abaisse la tension des lignes de distribution pour alimenter les consommateurs en 240 V ou 120 V dans l’exemple utilisé aux États-Unis.

• Dans le transformateur de distribution monophasé décrit, le secondaire possède un point milieu relié à la terre, qui devient le neutre.

📖 8. Autotransformateur et absence d’isolement

🔑 Notions clés & Définitions

• Autotransformateur : Transformateur qui ne réalise pas d’isolement galvanique entre le primaire et le secondaire.

📝 Points essentiels

• Un autotransformateur peut être de forme rectangulaire ou circulaire, notamment torique.

💡 Astuce mémo

Transformateur classique : enroulements séparés ; autotransformateur : absence d’isolement galvanique.