Symboles et caractéristiques

Formes des noyaux, bilan

E et de INotez une symétrie de 2 demis circuit magnétiques. Les bobines sont enroulées concentriquement, ou encore : l'une sous l'autre.

semi-toriquePlus facile à fabriquer, c'est celui que nous utilisons en début de vidéo

• Très faibles pertes ferLe transfo convertit le courant alternatif en champ magnétique alternatif côté primaire et refait l'inverse côté secondaire. Les imperfections du noyau magnétique créent des pertes de quelques %... (50% de pertes en moins) !
• Très faible rayonnementLe champ magnétique circule mal 'à angle droit' dans les transfos classiques. Avec le torique, plus d'angle, de plus le fer est inaccessible et le rayonnement minimal.
• A puissance égale : plus léger et moins encombrant
• Désormais plus économique jusqu'à quelques centaines de Watts

• Plus complexe à fabriquer
• Encore peu disponible en forte puissance (> quelques kW)

Sec ou à huile ?

• Le refroidissement par air est plus simple
• Il présente moins de risque de pollution due au liquide de refroidissement
  Dans le cas des transformateurs il convient d'installer un bac de rétention
• Pas de risque d'explosion et peu de risque d’incendie
  Les modèles à huile, inflammable, requièrent un contrôle de température...

• Plus onéreux
• Généralement moins compact

Ferrites de transformateur et bobine

De gauche à droite : plaque E et I, tore au centre et noyaux à poudre de fer HFHaute Fréquence, résistance supérieure, moins d'intensité pour les courants de Foucault à droite.

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L'animation représente la méthode utilisée pour réaliser un transformateur classique constitué de E et de I. Notez que les bobines sont disposées avant l'empilage des plaques de métal (contrairement à l'animation dans un souci de clarté).

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Matériaux

Si le Mu-métalLe Mu-métal, Mumétal, est un alliage considéré comme le meilleur 'conducteur' magnétique, offrant la plus grande perméabilité, très utilisé comme écran de blindage contre les rayonnements électromagnétiques est le matériau le plus perméable, on utilise du fer moins onéreux pour les bobines. Dès que l'usage est en courant alternatif (transfos...) on veillera à ne pas utiliser un noyau plein mais feuilleté, comme les fameux E et I afin de limiter les 'courants de FoucaultToute variation de flux due soit à un déplacement mécanique, ou à une variation électrique (courant alternatif), induit à son tour un courant dans une masse métallique comme ici notre noyau.
Ce noyau agissant comme un secondaire à spire unique et en cct...'.
Pour limiter leur intensité, I = ELa tension induite E par la variation de flux
E = - ( ΔΦ / Δt ) / R, on augmente la résistance R du noyau magnétique en prenant des plaques dont le traitement de surface augmente la résistance entre les plaques en contact.
En HFEn Haute Fréquence Δt diminue faisant augmenter E :
E = - ( ΔΦ / Δt ) et donc I (I = E / R), d'où le besoin d'augmenter R !, on choisira des agglomérats de poudre de fer pour augmenter la résistance électrique du noyau.

Voir des applications des courants de Foucault

Pertes et mesures

La puissance d'un transformateur s'exprime en VA (Volts × Ampères) car il agit comme un 'générateur' qui fournit S : la puissance apparente S = U × I. La puissance réelle en W sera fonction du cosinus φ du récepteur connecté.
Les pertes sont toujours très faibles et se résument principalement à :

• Les pertes ferLe transfo convertit le courant alternatif en champ magnétique alternatif côté primaire et refait l'inverse côté secondaire. Les imperfections du noyau magnétique créent des pertes de quelques %... se mesurent à videSi le transfo était parfait, 100% de rendement, la consommation à vide serait de 0. Elles se mesurent au wattmètre, transformateur à vide. Le produit U × I, lui, les surestime : le courant à vide sert surtout à aimanter le noyau, avec un cos φ faible.
• PJ, les pertes JouleDues à la résistance des enroulements primaire(s) et secondaire(s).
  Pertes J primaire + Pertes J secondaire :
  PJ totales = (Rp × Ip²) au primaire + (Rs × Is²) au secondaire ! = (Rp × Ip²) + (Rs × Is²)
  (p = primaire ; s = secondaire)

Pour estimer les pertes Joule d'un transfo, on l'alimente avec son UccAlors que le primaire (les primaires pour du triphasé) est alimenté avec par exemple 14 V (6% de U en 230 V), le secondaire est mis en court-circuit. Ainsi, les intensités sont identiques à l'usage en puissance nominale (et pas maximale, on le verra) et la puissance mesurée (ici sous 14 V) correspond aux pertes Joule à P nominal (≃6% de U nominal) fourni par le fabricant.

Enfin le choix des protections, s'il est fait via le test précédent pour déterminer le calibre nominal, s'appuie aussi sur l'Ucc pour déterminer le PdC, pouvoir de coupureUn transformateur encaisse un cct complet, à condition qu'il soit bref et que le transfo ne soit pas déjà à haute température. L'intensité de court-circuit se calcule à partir de l'Ucc : Icc ≈ In / ucc, soit environ 25 fois In pour une ucc de 4 % (voir Aller plus loin, en fin de cours). Elle fixe le pouvoir de coupure des disjoncteurs ou fusibles. Notre cours sur les protections le détaille, il est lié en fin du présent, cliquez sur choix des protections ci-dessus.
Connaître l'intensité maximaleIl s'agit de l'intensité maximale, environ In / ucc, soit 15 à 25 fois la nominale pour un transformateur de distribution. Elle n'intervient qu'en cas de court-circuit et très brièvement à la mise sous tension (comme le moteur asynchrone) permet de garantir que les protections ne seront pas détruites lors de leur ouverture !

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Résumé gestion des protections en sortie transfo :
TGBT en pdf.

Symboles de transformateurs

Transformateur (Isolation galvanique entre primaire et secondaire) Transformateur triphasé (Triangle / étoile) Auto-transformateur variable (Pas d'isolation galvanique, sortie de 0 à U) Transformateur à secondaire variable Transformateur à isolation galvanique renforcée Transformateur à isolation galvanique renforcée de sécurité (Us < 50 V : TBTTrès Basse Tension) Transformateur d'intensité (De 'courant', mesure type pince ampèremétrique)

schéma de distribution