Un transformateur est un appareil qui utilise le principe de l'induction électromagnétique pour transformer la tension alternative. Ses principaux composants sont un enroulement primaire, un enroulement secondaire et un noyau de fer.
Dans le domaine de l'électronique, on retrouve souvent l'ombre du transformateur, le plus courant étant utilisé dans l'alimentation électrique comme convertisseur de tension et isolant.
En résumé, le rapport de tension entre les enroulements primaire et secondaire est égal à leur rapport de spires. Par conséquent, pour obtenir des tensions de sortie différentes, il suffit de modifier le rapport de spires des enroulements.
Selon leur fréquence de fonctionnement, les transformateurs se divisent généralement en transformateurs basse fréquence et transformateurs haute fréquence. Par exemple, le courant alternatif utilisé couramment a une fréquence de 50 Hz. Les transformateurs fonctionnant à cette fréquence sont appelés transformateurs basse fréquence. La fréquence de fonctionnement des transformateurs haute fréquence peut atteindre plusieurs dizaines, voire centaines de kHz.
Le volume d'un transformateur haute fréquence est beaucoup plus petit que celui d'un transformateur basse fréquence de même puissance de sortie.
Le transformateur est un composant relativement volumineux du circuit d'alimentation. Pour réduire son encombrement tout en conservant la puissance de sortie, il est nécessaire d'utiliser un transformateur haute fréquence. C'est pourquoi on utilise des transformateurs haute fréquence dans les alimentations à découpage.
Le principe de fonctionnement des transformateurs haute fréquence et basse fréquence est identique : il repose sur l’induction électromagnétique. Cependant, leurs noyaux sont constitués de matériaux différents.
Le noyau de fer d'un transformateur basse fréquence est généralement constitué de plusieurs tôles d'acier au silicium empilées, tandis que celui d'un transformateur haute fréquence est composé de matériaux magnétiques haute fréquence (comme la ferrite). (C'est pourquoi le noyau de fer d'un transformateur haute fréquence est généralement appelé noyau magnétique.)
Dans un circuit d'alimentation à tension continue stabilisée, un transformateur basse fréquence transmet un signal sinusoïdal.
Dans un circuit d'alimentation à découpage, un transformateur haute fréquence transmet un signal d'onde carrée pulsée à haute fréquence.
À puissance nominale, le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée du transformateur est appelé son rendement. Lorsque la puissance de sortie est égale à la puissance d'entrée, le rendement est de 100 %. En réalité, un tel transformateur n'existe pas, car les pertes par effet Joule et les pertes fer engendrent toujours des pertes.
Qu'est-ce que la perte de cuivre ?
Comme la bobine d'un transformateur présente une certaine résistance, lorsqu'un courant la traverse, une partie de l'énergie est convertie en chaleur. Cette perte, due au fait que la bobine est enroulée en fil de cuivre, est également appelée perte par effet Joule.
Qu'est-ce que la perte de fer ?
Les pertes fer d'un transformateur comprennent principalement deux aspects : les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault. Les pertes par hystérésis se produisent lorsque le courant alternatif traverse la bobine : des lignes de champ magnétique se forment dans le noyau de fer, et le frottement des molécules à l'intérieur de celui-ci génère de la chaleur, dissipant ainsi une partie de l'énergie électrique. Le passage de ces lignes de champ magnétique induit également un courant dans le noyau de fer. Ce courant tourbillonnaire est appelé courant de Foucault, et les pertes par courants de Foucault entraînent elles aussi une perte d'énergie électrique.
Date de publication : 27 décembre 2022
