Fonction Alimenter – Transformateurs
Sciences d’Ingénieur – 2ème BAC STE
Introduction
Les transformateurs sont des composants essentiels des réseaux électriques permettant d’élever ou d’abaisser les tensions alternatives. Ils fonctionnent grâce au phénomène d’induction électromagnétique.
1. Principe de fonctionnement
1.1 Loi de Faraday
\( e = -N \frac{d\Phi}{dt} \)
Où :
- \( e \) : Force électromotrice induite (V)
- \( N \) : Nombre de spires
- \( \Phi \) : Flux magnétique (Wb)
1.2 Relation fondamentale
Rapport de transformation
\( m = \frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1} \)
Relation des courants
\( \frac{I_2}{I_1} \approx \frac{N_1}{N_2} \)
2. Caractéristiques techniques
2.1 Puissance apparente
\( S = U \times I \) (en VA)
Pour un transformateur parfait : \( S_1 = S_2 \)
2.2 Rendement
\( \eta = \frac{P_2}{P_1} \times 100 \)
Les pertes comprennent :
- Pertes fer (ou pertes magnétiques) – constantes
- Pertes cuivre (ou pertes joules) – dépendent du courant
3. Types de transformateurs
3.1 Transformateurs de puissance
Type | Tension | Application |
---|---|---|
Élévateur | 20kV/400kV | Transport |
Abaisseur | 20kV/400V | Distribution |
Isolateur | 1:1 | Sécurité |
3.2 Couplages triphasés
Couplage étoile (Y)
- Point neutre disponible
- \( U_{ligne} = \sqrt{3} \times U_{phase} \)
Couplage triangle (Δ)
- Pas de neutre
- \( U_{ligne} = U_{phase} \)
4. Essais et caractéristiques
4.1 Essai à vide
Mesure les pertes fer (magnétiques) :
\( P_{10} \approx P_{fer} \)
4.2 Essai en court-circuit
Mesure les pertes cuivre (joule) :
\( P_{1cc} \approx P_{cuivre} \)
5. Applications industrielles
5.1 Alimentation des machines
- Adaptation de tension pour moteurs
- Isolation galvanique
- Distribution locale en BT
5.2 Postes de transformation
Exercice d’application
Un transformateur monophasé 230V/24V de 500VA a donné aux essais :
– À vide : \( P_{10} = 20W \), \( I_{10} = 0,5A \)
– En CC : \( P_{1cc} = 25W \), \( U_{1cc} = 12V \)
1. Déterminez le rapport de transformation
2. Calculez le rendement à pleine charge pour \( \cos\varphi = 0,8 \)