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Dernière mise à jour : 06/10/2007
Présentation
Un transformateur est un
appareil qui ne possède aucune partie mobile, et qui permet de
convertir une tension alternative donnée en une autre tension
alternative, en augmentant ou en
abaissant sa valeur, sans en changer la fréquence. Contrairement
à l'auto-transformateur,
un transformateur possède une isolation galvanique entre son
entrée (primaire) et sa sortie (secondaire), c'est à
dire qu'aucun conducteur élecrtique ne relie les deux parties.
Il
est doté de un ou plusieurs enroulements (bobinage) primaires,
et de un ou plusieurs enroulements secondaires. Le principe de
fonctionnement repose sur le transfert d'énergie par mutuelle
inductance (induction électromagnétique) : le courant
alternatif qui parcours l'enroulement primaire crée un champ
magnétique, qui est "capté" par l'enroulement secondaire
qui le retransforme alors en courant. Le rapport de transformation est
lié au nombre de spires de l'enroulement primaire, par rapport
au nombre de spires de l'enroulement secondaire. Par exemple, si
l'enroulement secondaire comporte 50 spires alors que l'enroulement
primaire en comporte 500, le rapport de transformation sera d'environ
10. En appliquant une tension de 240V au primaire, le secondaire
délivrera une tension d'environ 24V. En pratique, le transfert
d'énergie ne peut être total, une certaine quantité
étant perdue. Le transformateur possède une
caractéristique mentionnant cette propriété, il
s'agit du coefficient de couplage, qui pourra être
optimisé en choisissant les matériaux et formes qui vont
bien. Parfois, au primaire
comme au secondaire, il peut n'y avoir qu'un seul enroulement, mais
avec une ou plusieures prises intermédiaires. Il est important
de retenir
que le transformateur, de par sa nature, ne peut pas transmettre de
tension
continue, et est limité au transfert de tensions alternatives,
dont
la plage d'amplitude et de fréquence dépendent de son
type.
Il existe plusieurs sortes de transformateurs , dédiés
à
divers domaines : audio, secteur, haute tension, HF, etc.
Transformateur d'alimentation secteur
Ce type de transformateur est couramment utilisé dans la
réalisation d'alimentations secteur, notemment dans le domaine
amateur. Côté industriel, ce type de composant est de
plus en plus souvent remplacé par des systèmes de
régulation à découpage, offrant à puissance
égale,
moins d'échauffement, un encombrement plus réduit, et
souvent une gamme de tensions d'entrée plus large.
Remarque : parfois, un transformateur n'est utilisé
que
pour des questions d'isolement, la tension de sortie étant alors
égale à sa tension d'entrée.
Tension de sortie
Le secondaire d'un transformateur d'alimentation peut délivrer
une tension supérieure à celle annoncée. En
règle générale, la tension spécifiée
(vendue) est celle obtenue quand on demande son maximum au
transformateur, c'est à dire que son courant secondaire
correspond à la valeur max pour laquelle il est vendu. Cela
implique la plupart du temps une tension plus élevée
quand on demande moins que le courant max. La tension maximale est
obtenue à vide, c'est à dire quand le secondaire n'est
relié à rien, et peut atteindre une valeur de 10%
à 30% supérieure à la valeur nominale. La
différence entre tension en charge et tension à vide est
d'autant plus importante que la puissance du transformateur est faible.
Bien que
cette utilisation est rare en pratique (...), ne négligez pas ce
point. Car cette particularité doit être prise en
considération si vous surdimmensionnez votre transformateur
(peur du manque, ou simple récupération).
Puissance
On a l'habitude de parler puissance en Watt, mais pour les
transformateur, l'unité adoptée est le VA
(Volt-Ampère), du fait de son utilisation en alternatif et avec
des charges qui ne sont pas forcement uniquement résistives
(quand la charge est purement résistive, le VA est
équivalent au W). Le transformateur présente des pertes,
plus ou moins importante selon son type. Ne choisissez jamais un
transformateur de puissance trop limite, il chaufferait trop. Si vous
avez besoin de 24W (12V / 2A par exemple), choisissez un modèle
d'au moins 30VA.
Association des
secondaires
Quand un transformateur possède deux secondaires identiques, il
est possible de les combiner pour augmenter la tension (par mise en
série) ou pour augmenter le courant (mise en parallèle).
Il convient cependant de faire très attention au cablage, le
sens des enroulements doit être respecté pour permettre
une telle association. Pour plus de précisions, vous pouvez
consulter la page Cablages
transfos,
qui donne quelques conseils sur les cablages possibles.
Types de transformateurs
Il existe
plusieurs types de transformateurs secteur : transformateurs ordinaires
(rectangulaires comme sur la photo ci-avant), à étrier ou
à souder directement sur un circuit imprimé,
transformateurs toriques,
transformateurs de type "R". Ces deux derniers présentent
l'avantage de produire des fuites magnétiques (rayonnements)
moindres, ce qui
les rend particulièrement adaptés pour un usage en audio
faible niveau.
Exemples de
transformateurs à
souder sur circuit imprimé
Exemples de
transformateurs à
étrier
Exemples de
transformateurs toriques
Exemples de
transformateurs de type "R"
Attention ! Ne
pas inverser primaire et secondaire, le transformateur brulerait ou
exploserait !
Transformateur 3 phases <=> 2 phases
Il s'agit d'un transformateur un
peu particulier spécialement conçu pour fonctionner avec
trois phases au primaire et avec deux phases au secondaire, ou
inversement. Il existe deux types de cablages des bobinages permettant
d'assurer cette fonction : la "Connection Leblanc" et la "Connection
Scott".
Transformateur audio
Plus de détails à la page Transformateur
audio.
Transformateur
pour
vidéo
Ce
type de transformateur est
capable de passer l'ensemble des fréquences utilisées
pour un signal vidéo, c'est à dire plusieurs MHz.
Le transfo visible sur la photo ci-dessus présente une bande
passante de 20 Hz à 11 MHz à -3 dB, tout en
présentant une perte d'insertion de seulement 0,5 dB pour une
source de 75 ohms et une charge de 75 ohms.
Transformateur
pour telephone
On pourrait parfaitement classer ce type de transformateur dans les
transformateurs audio, puisque son rôle est d'isoler un
équipement (télephone, répondeur) d'une ligne
analogique du réseau public de telephone, en autorisant seul le
transfert de la voix. La différence principale avec les "vrais"
transformateurs audio réside dans la qualité de la
transmission, la bande passante d'un tel composant est en effet
très limitée (300Hz à 4KHz environ) avec une
linéarité très mauvaise (+/-3dB sur ladite plage
de fréquence). Bien entendu, ces caractéristiques un peu
limite suffisent amplement pour le domaine audio telephone. Ce type de
transformateur présente une impédance de 600 ohms aussi
bien pour le primaire que pour le secondaire (environ 60 ohms en
continu).
Transformateur
pour
stroboscope
Ce
type de transformateur, qui
présente un rapport de transformation très
élevé, est destiné à produire des
impulsions de haute tension (quelques milliers de volts) permettant le
déclenchement d'un tube à éclats (tube xenon
alimenté en tension continue sous quelques 300V environ) via son
electrode d'amorçage. Ses dimensions sont réduite, car
peu de puissance est demandée (en continu).
Transformateur
HF
Ce type de transformateur est principalement utilisé
dans les circuits électroniques d'émission ou de
récéption HF : émetteurs TV, émetteurs
radio, CB, certains interphones sans fils, récepteurs radio,
etc. La photo ci-dessus montre quelques exemples de transformateurs HF
utilisés dans des circuits de
démodulateurs radio d'ancienne génération. Il
existe des transformateurs HF dont la taille est très
différente
de ceux-ci, puisque pouvant dépasser une hauteur de 2
mètres
(utilisation dans des émetteurs ondes courte de très
forte
puissance par exemple). Dans le même registre, on trouve des
transformateur FI (Fréquence intermédiaire)
utilisés par exemple dans des étages de changement de
fréquence dans des équipements d'émission ou de
réception. Le Theremax (une des nombreuses versions de
Theremins) exploite aussi de tels transfos pour les oscillateurs "HF"
(voir Theremin
002).
Transformateur haute tension
Utilisés dans les voitures (pour faire produire les
étincelles
aux bougies qui déclenchent l'explosion du mélange
carburant),
dans les téléviseurs (transfos THT pour la Très
Haute Tension nécessaire au fonctionnement du tube cathodique),
dans certains gadgets grand public tels que "boules à plasma"
ou transformateurs de Tesla (transfos haute tension et haute
fréquence)
qui permettent de produire des arcs électriques de très
grande
longueur (supérieurs à un mètre). La manipulation
de ce genre de transformateurs (quand ils sont en régime de
fonctionnement)
peut se révéler dangeureuse, voire mortelle, aussi une
très
grande prudence s'impose.
Exemple d'arcs électriques produits par un transformateur de
Tesla :
Transformateur de courant
Il s'agit d'un composant dont le principe est aussi basé sur
le transfert d'énergie électromagnétique entre
deux enroulements, à la différence que le primaire est
placé
en série dans le circuit dont on souhaite connaitre la
consommation.
Parfois, c'est le fil d'alimentation du circuit à mesurer qui
constitue
le primaire du transfo (dans ce cas, il n'y a pas d'enroulement, juste
un fil qui peut rester droit), le secondaire étant ajouté
par le biais d'une pince qui peut se refermer autour (pince
ampèremétrique). L'interêt de cette méthode
est qu'il n'est pas nécessaire d'interrompre le circuit
d'alimentation à mesurer pour y insérer un appareil de
mesure.
Exemple d'une pince ampermétrique :
Auto-Transformateur
Voir Auto-Transformateur
Blocs d'alimentations du commerce
Il est parfois d'usage d'appeler Transformateur les blocs
d'alimentation
tout faits, vendus dans le commerce, et délivrant des tensions
de sortie régulées, variables ou fixe (alimentation
secteur
pour PC portable, par exemple). Il s'agit d'un abus de langage,
l'appellation réelle étant Alimentation secteur. Ce tpe
d'alimentation
est de plus en plus souvent de type à découpage,
où
il n'est en général pas fait usage de transformateur
abaisseur
de tension comme dans les alimentations linéaires (j'ai dis en
général,
car celà peut tout de même se trouver). Cet abus de
langage
existe sans doute parce que le terme Transformateur est un peu plus
ancré dans les esprits...
