Transformateurs Abaisseurs de Tension de Secteur..
Les transformateurs abaisseurs de tension sont des composants essentiels pour réduire la tension secteur (généralement 230VAC) à des niveaux plus faibles adaptés à divers dispositifs électriques et électroniques.
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension |
Principe de fonctionnement
loi de Faraday
La loi de Faraday est un principe fondamental en électromagnétisme qui décrit comment une variation du flux magnétique à travers une surface fermée induit une tension (ou force électromotrice, FEM) dans un circuit électrique.
Découverte par Michael Faraday en 1831, cette loi est à la base du fonctionnement des transformateurs
- Formulation de la loi de Faraday
La loi s'exprime mathématiquement par :
E = −N × (dΦ / dt)
où :
E : est la force électromotrice (tension induite, en volts)
N : est le nombre de spires de la bobine
dΦ / dt : est la variation du flux magnétique au cours du temps (en Weber/seconde)
(-) Le signe négatif indique la loi de Lenz, qui précise que la tension induite s'oppose à la variation du flux magnétique qui l'a produite.
- Principe physique
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension loi de Faraday |
Lorsqu'un champ magnétique variable traverse une bobine ou un conducteur, il génère une tension qui tend à faire circuler un courant électrique dans le circuit fermé.
Cela se produit parce que les charges électriques dans le conducteur sont déplacées par le champ magnétique variable, produisant une différence de potentiel.
👉 Applications de la loi de Faraday dans les Transformateurs : Le changement de courant dans le primaire crée un flux magnétique variable qu induit une tension dans le secondaire.
Fonctionnement de transformateur
Un transformateur fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique. Il est composé de deux enroulements (primaire et secondaire) autour d'un noyau magnétique :
- Enroulement primaire : Connecté à la tension secteur d'entrée (230V).
- Enroulement secondaire : Produit une tension réduite en fonction du rapport de transformation entre le nombre de spires des deux enroulements.
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension fonctionnement |
- Fonctionnement au primaire
Lorsque le courant alternatif (AC) traverse la bobine primaire, il génère un champ magnétique variable autour de cette bobine. Ce champ magnétique, oscillant en fonction de la fréquence du courant, se concentre dans le noyau magnétique du transformateur.
Le noyau agit comme un guide pour ce flux magnétique, le dirigeant efficacement vers la bobine secondaire.
- Induction au secondaire
Le champ magnétique variable traversant la bobine secondaire induit une tension dans ses enroulements grâce à la loi de Faraday :
Tension induite = −N × (dΦ / dt)
où N est le nombre de spires de la bobine secondaire, et (dΦ / dt) représente la variation du flux magnétique. Cette tension alternative provoque un courant dans le circuit secondaire lorsqu’une charge est connectée.
Le transformateur convertit l'énergie électrique en énergie magnétique via le noyau, qui est ensuite reconvertie en énergie électrique au secondaire. Ce mécanisme assure une isolation galvanique entre les deux circuits tout en permettant le transfert d'énergie.
- Isolation galvanique
Les transformateurs électriques jouent un rôle essentiel en assurant une isolation électrique entre l'entrée (primaire) et la sortie (secondaire).
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension Isolation galvanique |
Cette isolation est réalisée grâce à la séparation physique des deux enroulements en cuivre, qui sont électriquement indépendants mais liés magnétiquement via un noyau en fer doux.
Grâce à ce principe, aucun contact direct n'existe entre la source d'alimentation (secteur à haute tension) et la charge connectée en sortie, ce qui élimine le risque de choc électrique pour les utilisateurs et les équipements en aval.
L’isolation permet ainsi d’augmenter la sécurité dans les applications électriques et électroniques en protégeant les circuits sensibles contre des surtensions ou des courts-circuits.
Cette séparation est également cruciale pour éviter les boucles de masse et les interférences électriques dans des systèmes complexes, garantissant un fonctionnement fiable et sécurisé des équipements.
- Mis à la terre de ferromagnétiques
Le noyau d’un transformateur est généralement constitué de matériaux ferromagnétiques, comme des tôles de fer laminées, pour concentrer et guider le flux magnétique de manière efficace.
Ce noyau est souvent mis à la terre pour des raisons de sécurité électrique et de fonctionnement optimal.
1. Sécurité des utilisateurs
En cas de défaut d’isolation ou de court-circuit interne, une partie du courant pourrait accidentellement entrer en contact avec le noyau.
👉 Sans mise à la terre, le noyau pourrait alors atteindre un potentiel électrique dangereux.
En le connectant à la terre, tout courant de fuite est directement évacué vers la terre, protégeant ainsi les utilisateurs contre les risques d’électrocution.
2. Réduction des interférences électromagnétiques
Le noyau ferromagnétique peut agir comme une antenne et capter des interférences électromagnétiques provenant de l’environnement, ce qui pourrait perturber le fonctionnement du transformateur ou des circuits voisins.
👉 La mise à la terre permet de neutraliser ces perturbations en les dérivant vers la terre.
3. Suppression des courants de fuite
Les transformateurs sont soumis à des courants de fuite capacitifs dus aux variations du champ magnétique et aux effets parasites entre enroulements et noyau.
👉 Si le noyau n’est pas mis à la terre, ces courants peuvent causer des échauffements, des perturbations ou des risques électriques.
La mise à la terre permet de drainer ces courants de fuite en toute sécurité.
4. Stabilisation du potentiel électrique
Mettre le noyau à la terre permet d’établir un référentiel de potentiel stable pour l’ensemble du transformateur. Cela réduit les risques de surtensions imprévues ou de déséquilibre des potentiels entre les enroulements et le noyau.
- Avantages et inconvénients
Avantages :
- Simple et robuste.
- Isolation galvanique.
- Fiable pour des applications basse tension.
Inconvénients :
- Lourds et volumineux pour les grandes puissances.
- Chauffent en cas de surcharge ou mauvais dimensionnement.
- Non adaptés pour des fréquences élevées (utilisent alors des convertisseurs à découpage).
Onde Tension Courant Puissance et nombre de spires
- Forme de l'onde
Dans un transformateur, la forme de l'onde entre la bobine primaire et la bobine secondaire reste sinusoïdale.
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension Forme de l'onde |
Cela est dû au fonctionnement linéaire du transformateur et à la relation directe entre la variation du flux magnétique et la tension induite selon la loi de Faraday.
1. Maintien de la forme sinusoïdale
Lorsque la tension alternative sinusoïdale est appliquée au primaire, elle génère un champ magnétique variable dans le noyau magnétique du transformateur. Ce champ magnétique induit une tension sinusoïdale au secondaire, car le flux magnétique varie de façon proportionnelle à la tension d'entrée. Cela signifie que si l'entrée est une onde sinusoïdale, la sortie le sera également.
2. Facteurs influençant l'onde sinusoïdale
- Non-linéarités du noyau : En cas de saturation magnétique du noyau, la forme de l'onde peut être légèrement déformée, introduisant des distorsions harmoniques.
- Charge du secondaire : Si la charge connectée au secondaire est non linéaire (comme des redresseurs ou composants à semi-conducteurs), la forme du courant au secondaire peut être déformée, mais la tension restera essentiellement sinusoïdale.
3. Relation entre primaire et secondaire
La tension au secondaire est directement proportionnelle à la tension au primaire selon le rapport de transformation. Par conséquent, la fréquence et la forme de l'onde sinusoïdale restent identiques entre les deux bobines, seul l'amplitude change.
Un transformateur correctement dimensionné et en fonctionnement normal transmet fidèlement la forme sinusoïdale de la tension d'entrée au secondaire. Toutefois, les imperfections comme la saturation du noyau ou des charges non linéaires peuvent affecter légèrement cette forme en introduisant des distorsions.
- Relation entre Tension Courant Puissance et nombre de spires
La relation entre les courants et les tensions dans un transformateur est donnée par les équations suivantes :
Tensions
Vs = Vp × (Ns / Np)
où Vp et Vs sont respectivement les tensions primaire et secondaire, et Np, Ns sont les nombres de spires.
Courants
Le courant secondaire Is est lié au courant primaire Ip par :
Is = Ip × (Np / Ns)
Cela signifie que lorsque la tension est abaissée au secondaire (rapport Np / Ns > 1 ), le courant au secondaire augmente proportionnellement.
Puissances
La puissance primaire Pp et la puissance secondaire Ps sont égales dans un transformateur idéal :
Pp = Ps
Vp × Ip = Vs × Is
Ainsi, si la tension diminue au secondaire, le courant augmente pour maintenir la même puissance transférée.
Dans un transformateur abaisseur, une réduction de tension au secondaire entraîne une augmentation du courant.
Cela permet d'alimenter des dispositifs nécessitant des tensions plus faibles tout en conservant la puissance fournie par le primaire.
Toutefois, dans des conditions réelles, il existe des pertes dues à la résistance des enroulements et aux pertes magnétiques, ce qui réduit légèrement l'efficacité globale.
Exemple
Prenons l'exemple d'un transformateur abaisseur de tension 220V/12V qui alimente une charge en courant alternatif de 12V et 5A.
1. Données de l'exemple
- Tension primaire : Vp = 220V (tension secteur).
- Tension secondaire : Vs = 12V.
- Courant secondaire : Is = 5A (courant consommé par la charge).
2. Puissance secondaire
La puissance fournie à la charge (au secondaire) est calculée par la formule :
Ps = Vs × Is
En remplaçant les valeurs :
Ps = 12V × 5A = 60W
3. Courant primaire
En supposant un transformateur idéal (sans pertes), la puissance primaire Pp est égale à la puissance secondaire Ps :
Pp = Ps = 60W
Le courant primaire Ip est alors donné par :
Ip = Pp / Vp
En remplaçant les valeurs :
Ip= 60W / 220V ≈ 0,27A
4. Interprétation
- Primaire : Le transformateur tire environ 0,27 A sous 220V pour alimenter la charge.
- Secondaire : Il délivre 12V et 5A à la charge.
Ce transformateur abaisseur 220V/12V permet de fournir 5A à une charge, ce qui équivaut à une puissance de 60W. Le courant tiré du secteur est faible grâce à la conversion de tension opérée par le transformateur.
- Efficacité : En pratique, il existe des pertes dues à la résistance des enroulements et aux pertes magnétiques. Ainsi, le courant primaire réel serait légèrement supérieur.
- Dimensionnement : Le transformateur doit être dimensionné pour supporter une puissance d'au moins 60W au secondaire.
- Protection : Un fusible ou un disjoncteur est recommandé pour éviter toute surcharge sur le primaire ou le secondaire.
Remarques pratiques
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension Remarques pratiques |
Thermistor ou résistance thermique en série avec le transformateur.
Un thermistor, ou résistance thermique, est un composant électrique dont la résistance varie en fonction de la température.
Lorsqu'il est utilisé en série avec un transformateur, il joue un rôle crucial dans la protection et la régulation du circuit. Ce montage permet de limiter le courant d'appel à la mise sous tension du transformateur, en particulier lorsque celui-ci est soumis à des surtensions transitoires.
- Exemple: Un thermistor à coefficient de température négatif (NTC) présente une résistance initiale élevée à basse température, réduisant ainsi l'intensité du courant initial. Au fur et à mesure que le circuit chauffe, la résistance du thermistor diminue, permettant un fonctionnement normal avec un courant stable.
Ce dispositif est particulièrement utile pour protéger les composants sensibles et améliorer la durée de vie du transformateur en évitant les surchauffes et les surintensités.
Varistor en parallèle avec le primaire d’un transformateur
Un varistor, placé en parallèle avec le primaire d’un transformateur, joue un rôle essentiel dans la protection du circuit électrique contre les surtensions transitoires. Ces surtensions, souvent causées par des phénomènes tels que les éclairs ou les commutations brusques, peuvent endommager les composants électroniques sensibles. Le varistor agit comme un dispositif non linéaire dont la résistance diminue rapidement lorsque la tension dépasse un seuil prédéfini. Il absorbe alors l'excès d'énergie, limitant ainsi la tension appliquée au transformateur et protégeant ses enroulements. Ce composant est particulièrement utile dans les systèmes électriques où la stabilité et la fiabilité sont cruciales.
Condensateur en parallèle avec le secondaire
Le condensateur placé en parallèle avec le secondaire d’un transformateur abaisseur de tension, joue un rôle essentiel dans l’amélioration des performances du circuit.
Sa principale fonction dans ce contexte est de lisser les variations rapides de la tension alternative et de réduire les interférences électromagnétiques (EMI).
Cela peut être particulièrement utile pour éviter les variations brusques de tension causées par des fluctuations de charge ou des perturbations externes.
En outre, le condensateur agit comme un filtre en atténuant les harmoniques indésirables et en maintenant une onde sinusoïdale plus propre, ce qui améliore l'efficacité et la fiabilité du système.
Condensateur en parallèle avec le primaire
Le condensateur placé en parallèle avec le primaire d’un transformateur abaisseur de tension joue un rôle essentiel dans l’amélioration des performances du circuit électrique.
Ce condensateur sert principalement à
- Réduire les interférences électromagnétiques
- Limiter les surtensions transitoires qui peuvent apparaître lors de la mise sous tension ou de variations rapides dans l'alimentation. En absorbant ces variations, le condensateur stabilise la tension appliquée au primaire du transformateur.
De plus, il aide à minimiser le bruit électrique en filtrant les hautes fréquences indésirables, contribuant ainsi à un fonctionnement plus stable et silencieux du circuit.
Condensateur entre primaire et secondaire
* Dans un transformateur à matériaux ferromagnétiques abaisseur de tension, un condensateur peut être placé entre la bobine primaire et la bobine secondaire pour plusieurs raisons techniques.
Ce condensateur sert principalement à améliorer les performances et la stabilité du circuit.
- Il agit comme un filtre, réduisant les interférences électromagnétiques et éliminant les hautes fréquences indésirables générées par le fonctionnement du transformateur ou par des perturbations externes.
- Il contribue à l'amélioration du facteur de puissance en compensant la réactance inductive inhérente aux bobines, ce qui optimise l'efficacité énergétique.
Dans certaines configurations, le condensateur peut également limiter les surtensions transitoires ou les oscillations parasites, protégeant ainsi les composants sensibles du circuit. Cette disposition est souvent utilisée dans des applications nécessitant une alimentation stable et propre, comme dans l'électronique de puissance.
Bobinage d’un transformateur
Le bobinage d’un transformateur est une étape essentielle dans sa conception, car il détermine les caractéristiques électriques, l'efficacité, et la capacité du transformateur à fonctionner correctement dans des conditions spécifiques.
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension Bobinage |
Un transformateur se compose généralement de deux bobinages : primaire et secondaire, enroulés autour d'un noyau magnétique.
Matériaux utilisés
- Noyau magnétique :
Le dimensionnement des matériaux ferromagnétiques d’un transformateur est une étape cruciale pour optimiser ses performances, son efficacité énergétique, et sa fiabilité. Cela consiste à déterminer la taille du noyau et les propriétés magnétiques nécessaires en fonction des spécifications du transformateur (puissance, fréquence, tension). Voici les principales étapes et considérations pour dimensionner un noyau ferromagnétique :
1. lames séparées(tôles laminées)
L'utilisation de lames séparées (tôles laminées) dans la construction des noyaux de transformateurs, plutôt qu'un seul morceau massif de matériau ferromagnétique, est essentielle pour réduire les pertes par courants de Foucault et améliorer l'efficacité globale du transformateur. Voici pourquoi cette méthode est utilisée :
Courants de Foucault
Les courants de Foucault sont des courants induits dans le noyau en raison des variations du champ magnétique. Ces courants :
- Génèrent de la chaleur (pertes énergétiques)
- Augmentent les pertes globales du transformateur
- En utilisant des lames séparées et isolées les unes des autres par un vernis ou une couche d’oxyde, on limite le parcours des courants de Foucault.
- Les lames agissent comme des barrières, réduisant la zone conductrice disponible pour ces courants.
Les lames laminées :
- Diminuent ces pertes
- Améliorent l’efficacité énergétique
- Permettent un meilleur transfert d’énergie entre les enroulements primaire et secondaire
Un noyau massif aurait des pertes très importantes dues à la génération de chaleur par les courants de Foucault.
Les lames séparées et isolées sont une solution idéale pour les noyaux de transformateurs. Elles minimisent les pertes par courants de Foucault et hystérésis, augmentent l'efficacité énergétique et réduisent les échauffements.
👉 Sans cette méthode, les transformateurs seraient moins performants, plus volumineux et sujets à des défaillances thermiques.
2. Section du noyau (S)
La section transversale du noyau est déterminée en fonction de la puissance nominale (P) et de la tension d’entrée (V) :
S = √( P / k × f)
- (S) est la section du noyau en cm²
- (P) est la puissance en VA
- (k) est une constante liée à la densité du flux (B) et à la qualité des matériaux (typiquement entre 4 et 6 pour les tôles classiques)
- ( f) est la fréquence en Hz
3. Choix de l’induction magnétique (B)
L’induction magnétique maximale (Bmax) dans le noyau est un facteur clé. Elle dépend du matériau et est choisie pour éviter la saturation :
- Pour les tôles ferromagnétiques classiques, ( Bmax) est généralement de 1,2 à 1,8 T
- Pour des matériaux modernes comme les alliages fer-silicium, on peut aller jusqu’à 2 T
4. Longueur moyenne du circuit magnétique (lm)
Le noyau est conçu pour minimiser les pertes magnétiques. Cela nécessite de limiter la longueur du circuit magnétique tout en respectant les contraintes mécaniques.
lm = périmètre moyen du noyau magnétique (cm)
5. Type de matériau
- Tôles laminées en fer-silicium : Utilisées pour réduire les pertes par hystérésis et courants de Foucault, courantes dans les transformateurs basse fréquence.
- Alliages fer-nickel ou nanocristallins : Choisis pour des applications haute fréquence, avec une meilleure réponse magnétique.
Le choix dépend aussi de la fréquence :
- À 50/60 Hz : Tôles laminées en fer-silicium.
- À plusieurs kHz : Noyaux à base de ferrites.
6. Estimation des pertes
Les pertes magnétiques se divisent en :
- Pertes par hystérésis : Dépendent de la fréquence et du matériau (proportionnelles à ( B*2).
- Pertes par courants de Foucault : Proportionnelles à l’épaisseur des tôles et à la fréquence ( f*2).
Pour minimiser ces pertes, les matériaux laminés (ou poudres compactées) sont utilisés.
Calcul des spires
Le fil de cuivre ou d'aluminium émaillé est utilisé pour enrouler les bobinages. L'émail offre une isolation électrique
Le diamètre du fil dépend du courant à transporter : un courant élevé nécessite un fil de plus grande section.
Le nombre de spires dépend de la tension et de la fréquence d’utilisation, selon la formule :
N = V / (4.44×f×A×B)
où N est le nombre de spires, V la tension, f la fréquence, A la section du noyau, et B l'induction magnétique.
Dans un transformateur, la section du noyau A et l'induction magnétique B jouent un rôle clé dans la conception et les performances électriques.
Exemple pratique : Transformateur 220V/12V AC, 2A
- Caractéristiques électriques
- Primaire : 220VAC (tension secteur standard).
- Secondaire : 12VAC (tension de sortie pour alimenter des appareils basse tension).
- Courant secondaire maximal : 2A.
- Puissance nominale :
La puissance peut être calculée comme :
P = V × I = 12V × 2A = 24VA.
Le transformateur doit donc avoir une puissance nominale d'au moins 24VA pour fournir correctement la tension et le courant nécessaires à la charge.
- Conception du bobinage
Pour obtenir ces caractéristiques, voici les étapes de calcul du bobinage :
Primaire :
Supposons que la section du noyau soit A = 5cm*2, et que le matériau accepte une induction magnétique maximale B = 1.2T, avec une fréquence de 50 Hz.
Le nombre de spires primaires N1 est calculé avec la formule :
N1 = E / 4.44×f×A×B
N1 = 220 / 4.44 × 50 × 5.10*-4 × 1.2 = 1655spires
Secondaire :
Pour une tension de 12V :
N2 = E / 4.44×f×A×B
N2 = 12 / 4.44 × 50 × 5.10*-4 × 1.2 = 90spires
- Choix des fils
- Le fil pour le primaire doit supporter un courant faible (quelques centaines de mA), car il est proportionnel à la puissance totale divisée par la tension secteur.
- Le fil secondaire doit supporter un courant maximal de 2A, donc un diamètre suffisant pour éviter une surchauffe (par exemple, un fil de 0,75 mm² en cuivre).
- Qualités importantes du bobinage
* Isolation : Assure la sécurité et prévient les courts-circuits entre spires.
* Régularité : Les spires doivent être uniformes pour éviter les surchauffes locales.
* Solidité mécanique : Résiste aux vibrations et forces électromagnétiques générées pendant le fonctionnement.
Marquages sur leur corps
Les transformateurs abaisseurs de tension de secteur portent des marquages directement sur leur corps pour indiquer leurs caractéristiques électriques, mécaniques, et normes de conformité.
Ces inscriptions sont essentielles pour l'installation, l'utilisation et la maintenance du transformateur. Voici les principales informations souvent marquées :
- Tension et courant nominal
* Primaire : Indique la tension d'entrée, souvent 220V ou 230V en courant alternatif (AC).
Exemple : PRI : 230V ~ 50Hz
* Secondaire : Mentionne la tension de sortie et parfois le courant maximal.
Exemple : SEC : 12V ~ 5A
- Puissance nominale
Donnée en VA (volt-ampères), représentant la capacité maximale de puissance que le transformateur peut supporter.
Exemple : 60VA ou 100VA
- Fréquence
La fréquence d’entrée est souvent indiquée, typiquement 50 Hz ou 60 Hz, ou parfois une plage :
Exemple : 50/60 Hz.
- Rapport de transformation
Mention du rapport entre le nombre de spires des enroulements primaire et secondaire, soit directement via les tensions (ex. : 230V/12V) ou les spires.
- Normes de conformité et certifications
Symboles ou logos pour certifier que le transformateur est conforme aux normes de sécurité et de qualité :
CE : Conformité européenne.
UL : Certifié par Underwriters Laboratories.
RoHS : Conforme à la directive sur les substances dangereuses.
- Température maximale ou classe thermique
Indique la température maximale de fonctionnement ou la classe d’isolation.
Exemple : Classe B : 130°C ou T° max : 105°C.
- Type et montage
IP : Indice de protection contre la poussière et l'eau (ex. : IP20).
Fixation : Monté sur rail DIN, sur châssis, ou modèle encapsulé.
- Autres informations
Code fabricant : Pour identifier le modèle exact.
Date de fabrication ou numéro de série : Utile pour la traçabilité.
- Exemple de marquage complet
PRI : 230V ~ 50Hz
SEC : 12V ~ 5A
Puissance : 60 VA
Classe : B
Norme : CE, UL
IP20
- Choix d’un transformateur abaisseur
Pour sélectionner un transformateur adapté, les paramètres suivants sont essentiels :
Tension primaire : Typiquement 230V en Europe.
Tension secondaire : Correspond à la tension requise pour l'application (ex. 12V, 24V).
Puissance nominale : En watts (W) ou volt-ampères (VA).
Fréquence : 50 Hz en Europe.
Isolation électrique : Normes de sécurité pour éviter les courts-circuits.
Calculer et choisir les fusibles
Pour choisir un fusible adapté, il est essentiel de calculer les courants primaire et secondaire en fonction de la puissance du transformateur et d'appliquer des marges de sécurité.
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension fusibles |
Le fusible primaire doit être temporisé pour gérer le courant d’appel, tandis que le fusible secondaire doit être rapide pour protéger la charge efficacement contre les surcharges et courts-circuits. Voici les étapes et critères pour calculer et choisir le fusible adapté :
1. Calcul du courant primaire et secondaire
La puissance totale du transformateur est donnée par la charge connectée au secondaire. Le courant primaire et secondaire peut être calculé comme suit :
- Puissance secondaire Ps
Ps = Vs × Is
où Vs est la tension secondaire et Is est le courant secondaire.
- Courant primaire Ip
(Ip = Ps / (Vp × η
où Vp est la tension primaire (secteur, typiquement 220V), et (η) est l'efficacité du transformateur (généralement entre 0,8 et 0,95).
2. Choix du fusible pour le primaire
Le fusible au primaire doit protéger contre les surcharges tout en supportant les courants d'appel au démarrage (inrush current), qui peuvent être élevés.
Étapes :
* Calculer le courant primaire nominal Ip.
* Multiplier Ip par un facteur de sécurité (typiquement 1,5 à 2 fois pour tenir compte du courant d'appel).
* Choisir un fusible à action retardée (temporisé) pour éviter qu’il ne saute au démarrage.
Exemple :
Si Ip = 0,3A, le fusible primaire sera choisi pour :
0,3 , A × 1,5 = 0,45A
On choisira alors un fusible de 0,5A temporis
3. Choix du fusible pour le secondaire
Le fusible au secondaire protège la charge et les enroulements secondaires contre les courts-circuits ou les surcharges.
Étapes :
* Calculer le courant secondaire nominal Is
* Choisir un fusible légèrement supérieur au courant nominal pour éviter des déclenchements intempestifs.
* Opter pour un fusible rapide (action rapide) afin de protéger efficacement la charge.
Exemple :
Si Is = 5A, on choisira un fusible de 6A rapide
4. Précautions supplémentaires
- Toujours vérifier la puissance nominale et les spécifications du transformateur.
- Utiliser des fusibles dimensionnés selon les normes électriques pour garantir la sécurité (par exemple, normes CEI ou UL).
- Installer les fusibles dans des supports adaptés pour un remplacement facile.
Transformateur avec point milieu
Un transformateur avec point milieu possède un enroulement secondaire doté d'une connexion centrale, appelée point milieu, qui divise l'enroulement en deux parties égales.
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension point milieu |
Cette configuration permet de générer des tensions symétriques, souvent nécessaires dans les circuits électroniques, notamment pour les alimentations bipolaires.
Structure et Fonctionnement
Lorsqu'un transformateur avec point milieu est alimenté par une tension alternative (AC), la forme d'onde à la sortie reste sinusoïdale, similaire à celle de l’entrée, sous réserve d’un fonctionnement idéal. Voici les détails techniques et pratiques concernant les formes d'onde à la sortie.
1. Tensions secondaires avec point milieu
Si la tension totale aux bornes de l’enroulement secondaire est Vtotal = 24VAC :
La connexion centrale (point milieu) divise l’enroulement en deux parties égales par rapport au point milieu :
- Une borne donne +12VAC (demi-onde positive)
- Une borne donne -12VAC (demi-onde négative)
Cela signifie que :
Entre le point milieu et les deux extrémités de l’enroulement, les tensions sinusoïdales sont déphasées de 180°
Entre les extrémités, la tension totale est une sinusoïde complète de 24VAC
2. Forme d’onde pratique
a) Entre le point milieu et chaque extrémité
La tension est une sinusoïde de moitié de l’amplitude totale (par exemple, 12VAC).
Borne 1 (positive) : Une sinusoïde en phase avec la tension d’entrée.
Borne 2 (négative) : Une sinusoïde identique mais inversée en phase (décalée de 180°).
Graphiquement :
- La tension sur la borne 1 par rapport au point milieu oscille entre (+12V) et ( -12V).
- La tension sur la borne 2 par rapport au point milieu oscille également entre (+12V) et (-12V), mais en opposition de phase
b) Entre les deux extrémités (sans point milieu)
La tension est une sinusoïde complète d’amplitude maximale (par exemple, 24VAC).
La forme d’onde est similaire à celle de l’entrée.
Elle oscille symétriquement autour de 0V avec une amplitude crête à crête de (24V).
Résumé
1. Entre point milieu et extrémités : Deux sinusoïdes de même amplitude mais déphasées de 180°.
2. Entre les deux extrémités : Une sinusoïde complète de tension totale.
Applications Pratiques
- Alimentations Symétriques : Les circuits analogiques, tels que les amplificateurs opérationnels, nécessitent souvent des tensions positives et négatives pour fonctionner correctement. Un transformateur avec point milieu facilite la création de ces alimentations symétriques.
- Redressement avec Point Milieu : Dans les circuits de redressement, l'utilisation d'un transformateur avec point milieu permet de simplifier le schéma en utilisant deux diodes au lieu de quatre, comme dans un pont de Graetz. Chaque diode conduit en alternance, fournissant une tension redressée double alternance à la charge.
- Le point milieu est souvent connecté à la masse du circuit, établissant une référence de potentiel stable.
Secondaires avec plusieurs sorties
Les transformateurs abaisseurs de tension de secteur à plusieurs sorties secondaires sont utilisés pour fournir différentes tensions adaptées à plusieurs charges ou applications simultanément.
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| Transformateurs Abaisseurs de Tension sorties secondaires |
Ces transformateurs sont courants dans des systèmes tels que les amplificateurs audio, les appareils électroniques complexes, où des équipements nécessitent des tensions différentes à partir d'une même source d'alimentation.
- Caractéristiques principales :
1. Enroulements secondaires multiples :
Chaque sortie secondaire est constituée d'un enroulement dédié ou partagé avec d'autres enroulements à travers des prises intermédiaires (dérivations). Ces sorties fournissent des tensions distinctes.
Exemple 12V, 24V, ou 5V.
2. Isolation électrique :
Les enroulements secondaires sont isolés les uns des autres et du primaire pour garantir une sécurité optimale et éviter les interférences entre charges.
3. Applications variées :
- Alimentation des circuits logiques (5V).
- Alimentation de préampli ou relais (12V à 24V).
- Chauffage ou éclairage basse tension.
4. Flexibilité et économie :
Ces transformateurs permettent d’alimenter plusieurs dispositifs avec un seul transformateur, réduisant ainsi les coûts et l'encombrement.
Exemple d'utilisation :
Un transformateur 230V primaire, avec des sorties 12V (3A), 5V (2A) et 24V (1A), pourrait alimenter :
- Une carte électronique en 5V.
- Un système de commande en 12V.
- Un ampli en 24V.
- Précautions :
* Puissance totale : La somme des puissances demandées par toutes les sorties ne doit pas dépasser la puissance nominale du transformateur.
* Courant maximal : Chaque enroulement secondaire doit être protégé par un fusible ou un disjoncteur pour éviter la surcharge.
* Régulation : Une charge déséquilibrée sur les sorties peut affecter la stabilité des tensions secondaires.
Exemple pour comprendre la puissance totale d'un transformateur multi-sorties
Prenons un transformateur ayant les caractéristiques suivantes :
* Puissance nominale : 100VA.
* Tension primaire : 230V.
* Sorties secondaires :
- 12V avec un courant maximal de 3A.
- 24V avec un courant maximal de 2A.
- 5V avec un courant maximal de 2A.
Étape 1 : Calcul de la puissance de chaque sortie
La puissance de chaque sortie est calculée avec la formule :
P = V × I
Sortie 12V :
P12V = 12V × 3A = 36W.
Sortie 24V :
P24V = 24V × 2A = 48W.
Sortie 5V :
P5V = 5V × 2A = 10W.
Étape 2 : Somme des puissances demandées
La puissance totale demandée par les charges connectées aux différentes sorties est :
Ptotale = P12V + P24V + P5V
En remplaçant les valeurs :
Ptotale = 36W + 48W + 10W = 94W
Étape 3 : Comparaison avec la puissance nominale
Le transformateur a une puissance nominale de 100VA. La puissance demandée totale (94W) est inférieure à cette limite, donc le transformateur peut supporter ces charges.
Scénario de surcharge
Si la charge connectée aux sorties dépasse la puissance nominale.
Exemple
👉 Si une charge de 3A est ajoutée sur la sortie 24V (augmentant P24V à 72 W), la puissance totale devient
Ptotale = 36 + 72 + 10 = 118W
Dans ce cas, la puissance totale demandée dépasse les 100 VA, ce qui entraînera une surchauffe, une dégradation des performances et pourrait endommager le transformateur.
Conclusion pratique
Pour utiliser un transformateur multi-sorties correctement :
- Additionnez les puissances demandées par chaque sortie (en watts).
- Assurez-vous que la somme reste inférieure ou égale à la puissance nominale du transformateur.
- Si nécessaire, utilisez un transformateur avec une puissance nominale plus élevée.
Transformateurs avec des entrées 220V/50Hz et 110V/60Hz
- Tensions 220V et 110V
Les appareils électroniques modernes intègrent souvent des transformateurs capables de fonctionner avec des entrées en 220V et 110V. Ces dispositifs sont conçus pour convertir la tension du réseau électrique en une tension adaptée au fonctionnement de l'appareil, garantissant ainsi sa performance et sa sécurité. Cette polyvalence est particulièrement utile pour les appareils destinés à être utilisés dans différents pays, où les normes de tension peuvent varier considérablement. Grâce à un transformateur bi-tension, un appareil peut être utilisé dans ces deux environnements sans nécessiter d'adaptateur supplémentaire, ce qui améliore sa praticité et sa durabilité.
- Fréquences 50 Hz et 60 Hz
Les appareils électroniques équipés de transformateurs compatibles avec des entrées 220V et 110V sont également conçus pour s'adapter aux différentes fréquences de secteur, généralement 50 Hz en Europe et 60 Hz en Amérique du Nord. La fréquence du courant alternatif influence le fonctionnement de certains composants électroniques, comme les moteurs et les horloges synchronisées, mais la plupart des appareils modernes sont conçus pour fonctionner correctement sur les deux fréquences. Les transformateurs et les circuits d'alimentation internes des appareils sont souvent dotés de régulateurs et de convertisseurs qui assurent une sortie stable et adaptée, quelle que soit la fréquence d'entrée. Cette double compatibilité en tension et fréquence garantit une utilisation universelle des appareils, rendant leur conception particulièrement adaptée aux voyageurs ou aux marchés internationaux.
Test des transformateurs
Le test d'un transformateur abaisseur de tension avec un voltmètre et un ohmmètre permet de vérifier son bon fonctionnement et d’identifier d'éventuels défauts comme les court-circuits ou les ouvertures dans les enroulements.
Test avec un Ohmmètre
Objectif :
Vérifier la continuité des enroulements primaires et secondaires et détecter des coupures ou court-circuits internes.
Procédure :
* Placez l’ohmmètre en mode mesure de résistance (Ω).
* Testez les bornes du primaire :
La résistance doit être faible mais non nulle (quelques ohms).
👉 Une résistance infinie indique une coupure
* Testez les bornes du secondaire :
La résistance est encore plus faible, car le fil secondaire est souvent plus épais.
👉Si les résistances sont trop élevées ou nulles, cela peut indiquer un enroulement défectueux ou un court-circuit interne.
* Mesurez entre le primaire et le secondaire :
La résistance doit être infinie, car il ne doit pas y avoir de connexion entre les deux bobines (isolation garantie).
Test avec un Voltmètre
Objectif :
Vérifier que le transformateur abaisse correctement la tension secteur
Procédure :
- Connectez le primaire du transformateur à la tension secteur (par exemple, 220VAC).
- Placez le voltmètre en mode AC (tension alternative).
- Mesurez la tension aux bornes du secondaire. Vous devriez lire la tension nominale (par exemple, 12VAC pour un transformateur 220V/12V).
- Comparez la mesure obtenue avec la valeur théorique inscrite sur l’étiquette du transformateur.
👉 Si la tension est absente ou trop faible, le transformateur peut être en court-circuit ou présenter un problème d’enroulement. Assurez-vous également que le primaire reçoit bien la tension correcte.
Précautions et astuces supplémentaires
- Isolation : Assurez-vous que le transformateur est isolé électriquement avant tout test.
- Surcharge thermique : Un transformateur qui chauffe excessivement sans charge connectée est probablement défectueux.
- Protection : Utilisez toujours un fusible au primaire pour éviter tout risque de court-circuit ou de surchauffe.
Pannes, Diagnostic, Symptômes et Réparation
Les transformateurs abaisseurs de tension sont des composants robustes mais peuvent présenter des pannes dues à des surcharges, des défauts de fabrication ou une usure naturelle. Voici un guide pour diagnostiquer et réparer les pannes courantes.
Conseils Généraux pour la Réparation :
1. Utiliser des outils adaptés : Multimètre, ohmmètre, et éventuellement un mégohmmètre pour tester l'isolation.
2. Sécurité avant tout : Toujours débrancher le transformateur avant toute intervention.
3. Remplacement des pièces annexes : Fusibles, connexions et isolants peuvent souvent être remplacés facilement.
4. Rebobinage : Réservé aux cas où le coût est justifié et si l'accès aux matériaux est disponible.
1. Panne : Le transformateur ne fournit pas de tension en sortie
Symptômes :
- Aucune tension mesurée au secondaire.
- Le transformateur reste froid, même sous tension.
Diagnostic :
- Vérifier l’alimentation au primaire avec un voltmètre
- Inspecter le fusible du primaire, souvent grillé en cas de surcharge ou court-circuit
- Rechercher un fil de connexion coupé ou desserré
Réparation :
- Remplacer le fusible par un modèle de même type et calibre
- Réparer ou ressouder les connexions
- Si le bobinage primaire est coupé (testé à l'ohmmètre), le transformateur est souvent irréparable.
2. Panne : Échauffement excessif du transformateur
Symptômes :
- Le transformateur chauffe anormalement même sans charge.
- Odeur de brûlé ou décoloration du vernis isolant.
Diagnostic :
- Vérifier les pertes magnétiques dues à la saturation du noyau.
- Identifier un court-circuit partiel dans l’enroulement primaire ou secondaire (mesure de résistance).
- Rechercher une surcharge continue sur le circuit secondaire.
Réparation :
- Alléger la charge connectée au secondaire.
- Si les bobinages sont endommagés, envisager un rebobinage (complexe et coûteux).
- Remplacer le transformateur si les dommages sont irréversibles.
3. Panne : Bruit anormal (bourdonnement ou cliquetis)
Symptômes :
- Bourdonnement ou vibrations excessives.
- Instabilité de la tension en sortie.
Diagnostic :
- Vérifier si le noyau est desserré.
- Rechercher un problème d’alimentation (fréquence instable ou surtension).
- Inspecter les tôles du noyau pour un éventuel délaminage ou absence d’isolation.
Réparation :
- Resserrer les boulons du noyau.
- Appliquer une couche de vernis isolant sur les tôles laminées.
- Stabiliser la tension d’entrée avec un régulateur si nécessaire.
4. Panne : Tension de sortie incorrecte ou instable
Symptômes :
- Tension plus basse ou plus élevée que la valeur nominale.
- Fluctuations importantes de la tension.
Diagnostic :
- Vérifier l’alimentation au primaire pour s’assurer qu’elle est correcte.
- Mesurer la résistance des enroulements pour détecter des court-circuits partiels.
- Rechercher des charges non adaptées ou défectueuses connectées au secondaire.
Réparation :
- Corriger les problèmes de surcharge ou de court-circuit au secondaire.
- Remplacer les composants défectueux (fusibles, régulateurs en aval).
- Si le problème provient du bobinage, un rebobinage peut être envisagé.
5. Panne : Court-circuit dans le transformateur
Symptômes :
- Fusible grillé immédiatement après mise sous tension.
- Odeur de brûlé et échauffement instantané.
Diagnostic :
- Tester les enroulements à l'ohmmètre (résistance nulle ou très faible).
- Inspecter visuellement les enroulements pour des signes de brûlure ou d'arc électrique.
Réparation :
- Les transformateurs avec court-circuit interne sont souvent irréparables.
- Remplacement intégral recommandé.
Les Transformateurs Abaisseurs de Tension sont des composants indispensables dans les systèmes électriques et électroniques, permettant de convertir la tension secteur en une tension adaptée à l’utilisation. Ils allient simplicité, sécurité et efficacité, particulièrement pour les appareils domestiques, industriels et dans le domaine audio. Le choix du bon transformateur dépend des besoins en tension, puissance et isolation.
