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Transformateur lectriqueAller :Navigation,rechercher Un transformateur lectrique (parfois abrg en transfo) est un convertisseur permettant de modifier les valeurs de tension et d'intensit du courant dlivres par une source d'nergie lectrique alternative, en un systme de tension et de courant de valeurs diffrentes, mais de mme frquence et de mme forme. Il effectue cette transformation avec un excellent rendement. Il est analogue un engrenage en mcanique (le couple sur chacune des roues dentes tant l'analogue de la tension et la vitesse de rotation tant l'analogue du courant). On distingue les transformateurs statiques et les commutatrices. Dans un transformateur statique, l'nergie est transfre du primaire au secondaire par l'intermdiaire du circuit magntique que constitue la carcasse du transformateur. Ces deux circuits sont alorsmagntiquement coupls. Ceci permet de raliser un isolement galvanique entre les deux circuits. Dans une commutatrice, l'nergie est transmise de manire mcanique entre une gnratrice et un moteur lectrique.

Vue en coupe d'un transformateur triphas

Montage d'un transformateur (Allemagne, 1981)

Sommaire[masquer]

1 Invention 2 Constitution

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2.1 Le circuit magntique 2.2 Les enroulements 2.3 Le systme de refroidissement 2.4 L'isolation

3 Fonctionnement du transformateur monophas

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3.1 Transformateur parfait ou idal

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3.1.1 quations de base 3.1.2 Explication grce au flux magntique 3.1.3 Adaptation d'impdance 3.1.4 Symbole

3.2 Les pertes de puissance d'un transformateur

3.2.1 Schma quivalent d'un transformateur rel

3.2.1.1 Mise en commun de l'impdance principale

3.2.2 Les pertes par effet Joule 3.2.3 Les pertes magntiques 3.2.4 Mesure des pertes

4 Les diffrents types de transformateurs

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4.1 Autotransformateur 4.2 Transformateur variable - variac - alternostat 4.3 Transformateur d'isolement

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4.4 Transformateur d'impdance 4.5 Transformateur de mesure

4.5.1 Transformateur d'intensit 4.5.2 Transformateur de tension 4.5.3 Transformateur d'essai

5 Transformateur haute frquence

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5.1 Circuit magntique des transformateurs HF 5.2 Transformateur d'impulsions

6 Transformateur triphas

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6.1 Justification 6.2 Couplages existants 6.3 Indice de couplage 6.4 Choix de couplage

7 Transformateur diphas-triphas

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7.1 Transformateurs de Scott 7.2 Transformateurs de Leblanc

8 Transformateur triphas-monophas 9 Notes et rfrences 10 Voir aussi

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10.1 Liens internes 10.2 Bibliographie 10.3 Liens externes

Invention[modifier]Les principes du transformateur ont t tablis en 1831 par Michael Faraday, mais celui-ci ne s'en servit que pour dmontrer le principe de l'induction lectromagntique et n'en prvit pas les applications pratiques. Lucien Gaulard, jeune lectricien franais, prsente la Socit franaise des lectriciens, en 1884, un gnrateur secondaire , dnomm depuis transformateur. En 1883, Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs russissent transmettre pour la premire fois, sur une distance de 40 km, du courant alternatif sous une tension de 2 000 volts l'aide de transformateurs avec un noyau en forme de barres.

Transformateur (Dri-Blthy-Zipernovski, Budapest, 1885)

En 1884, Lucien Gaulard met en service une liaison boucle de dmonstration (133 Hz) alimente par du courant alternatif sous 2 000 volts et allant de Turin Lanzo et retour (80 km). On finit alors par admettre l'intrt du transformateur qui permet d'lever la tension dlivre par un alternateur et facilite ainsi le transport de l'nergie lectrique par des lignes haute tension. La reconnaissance de Gaulard interviendra trop tardivement. Entre-temps, des brevets ont t pris aussi par d'autres. Le premier brevet de Gaulard en 1882 n'a mme pas t dlivr en son temps, sous prtexte que l'inventeur prtendait pouvoir faire quelque chose de rien ! Gaulard attaque, perd ses procs, est ruin, et finit ses jours dans un asile d'alins. Le transformateur de Gaulard de 1886 n'a pas grand-chose envier aux transformateurs actuels, son circuit magntique ferm (le prototype de 1884 comportait un circuit magntique ouvert, d'o un bien mdiocre rendement) est constitu d'une multitude de fils de fer annonant le circuit feuillet tles isoles. Ainsi, en 1885, les Hongrois Kroly Zipernowsky, Miksa Dry et Otto Titus Blthy mettent au point un transformateur avec un noyau annulaire commercialis dans le monde entier par la firme Ganz Budapest. Aux tats-Unis, W. Stanleydveloppe des transformateurs.

Constitution[modifier]

Photographie des enroulements d'un transformateur triphas

Il est constitu de deux parties essentielles, le circuit magntique et les enroulements.

Le circuit magntique[modifier]

Le circuit magntique d'un transformateur est soumis un champ magntique variable au cours du temps. Pour les transformateurs relis au secteur de distribution, cette frquence est de 50 ou 60 hertz. Le circuit magntique est toujours feuillet pour rduire les pertes parcourants de Foucault, qui dpendent de l'amplitude du signal et de sa frquence. Pour les transformateurs les plus courants, les tles empiles ont la forme de E et de I, permettant ainsi de glisser une bobine l'intrieur des fentres du circuit magntique ainsi constitu.

Schma de la carcasse d'un Schmas des tles d'un transformateur monophas transformateur monophas bas de gamme

noter que dans les culasses qui joignent les colonnes, le flux est perpendiculaire au sens de laminage. Le matriau magntique n'est pas utilis au mieux, l'orientation molculaire tant dfavorable au passage du flux. Il existe donc des circuits en anneau torique, constitus par l'enroulement d'une bande de tle magntique offrant toujours le mme sens d'orientation au flux. Ces circuits magntiques se nomment des tores. Le bobinage des tores tant plus dlicat, le prix des transformateurs torodaux est nettement plus lev. Pour les frquences moyennes (400 Hz 5 000 Hz) la tle au silicium grains orients en paisseur de 10/100 mm est utilise sous forme de circuits en C . Pour les frquences moyennes et les hautes frquences ( 100 kHz) l'emploi des ferrites s'impose. Pour les fortes puissances, les circuits magntiques sont constitus avec des tles droites ou biseautes. Ces tles sont empiles de faon former un noyau de section carre, rectangulaire ou en croix dite de saint Andr. Toutes ces tles en fer au silicium existent en paisseur de 0,2-0,3-0,5 mm ; elles sont, soit non isoles (pour petite puissance), soit isoles par une trs fine couche de vernis. Enfin, leur qualit est prcise par leur pertes en W/kg une induction donne de 1 tesla. Il existe des tles de 0,6 W/Kg jusqu' 2,6 W/Kg de faon courante.

Les enroulements[modifier]

Les enroulements sont en gnral concentriques pour minimiser les fuites de flux.

Le conducteur lectrique utilis dpend des applications, mais le cuivre est le matriau de choix pour toutes les applications fortes puissances. Les fils lectriques de chaque tour doivent tre isols les uns des autres afin que le courant circule dans chaque tour. Pour des petites puissances, il suffit d'utiliser des conducteurs amagntiques maills pour assurer cette isolation ; dans les applications plus fortes puissances mais surtout cause d'une tension d'utilisation leve, on entoure les conducteurs de papier dilectrique imprgn d'huile minrale. Pour des frquences moyennes et hautes, on utilise des conducteurs multibrins pour limiter l'effet de peau ainsi que les pertes par courants de Foucault ; tandis que pour les fortes puissances, on cherche minimiser ces pertes induites dans les conducteurs par l'emploi de fils mplats de faible paisseur voire de vritables bandes de cuivre ou d'aluminium. Les enroulements du primaire ou du secondaire peuvent avoir des connexions externes, appeles prises, des points intermdiaires de l'enroulement afin de permettre une slection de rapport de tension. Les prises peuvent tre connectes un changeur automatique de prises en charge pour le contrle de la tension du circuit de distribution. Les transformateurs frquences audio, utiliss pour la distribution de l'audio des haut-parleurs, ont des prises afin de permettre l'ajustement de l'impdance de chacun des haut-parleurs. Un transformateur prise mdiane est souvent utilis dans les amplificateurs de puissance audio. Les transformateurs de modulation dans les transmetteurs modulation d'amplitude sont trs similaires.

Le systme de refroidissement[modifier]Dans le domaine de l'lectricit en basse tension et dans le domaine de l'lectronique, la dissipation thermique des transformateurs s'effectue par simple convection naturelle de l'air autour des enroulements primaires et secondaires. Dans le cadre des circuits lectriques haute tension et de forte puissance, les transformateurs peuvent tre quips de divers dispositifs de refroidissement :

ailettes mtalliques fixes tout autour de la cuve du transformateur qui vacuent la chaleur par convection naturelle ;

ailettes fixes associes un condenseur circulation force de l'huile d'isolation galvanique du transformateur ;

pour les transformateurs les plus puissants, par exemple ceux des grandes lignes THT du RTE de 400 150 kV, on utilise des systmes de ventilation force d'un important flux d'air associ ou non un change thermique avec l'huile de la cuve. Le dispositif de refroidissement est toujours coupl un systme de capteurs de temprature faisant office de thermostat (commande automatique de la mise en route de la ventilation). Il faut, en effet comprendre que mme si les transformateurs de puissances ont des rendements allant de 99,5 99,8 %, les puissances les traversant sont tellement grandes que les pertes reprsentent dans l'absolu de grandes val

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