QU'est-ce qu'un transformateur ?

Un transformateur classique sert à transformer une tension alternative électrique (tension primaire) en une autre tension alternative (tension secondaire).

Les tensions primaire et secondaire ne sont pas reliées électriquement les unes aux autres. Le spécialiste parle ici d'une séparation galvanique entre le côté primaire et le côté secondaire.

Dans le cas le plus simple, un transformateur se compose d'une bobine primaire, d'un noyau en fer et d'une bobine secondaire . Les deux bobines se composent chacune d'un fil de cuivre enroulé qui a été recouvert d'une couche de peinture pour l'isolation.

Transformateur avec bobine primaire (P) et bobine secondaire (S) bien séparées.

Transformateur secteur avec tension de sortie 9 V et 12 V.

En fonction de la conception et de l'utilisation, la tension secondaire peut être inférieure, égale ou supérieure à la tension primaire.

La hauteur de la tension de sortie est déterminée par le rapport d'enroulement (nombre de bobinages) entre les bobines primaire et secondaire. La puissance du transformateur peut être transmise en fonction de la section du fil de cuivre utilisé.

Pour le réglage de la tension, les bobssions primaire et secondaire peuvent avoir des enroulements. Ainsi, un transformateur secteur avec une bobine secondaire peut émettre des tensions différentes.

Plus le courant traverse un conducteur, plus les pertes sur la ligne sont élevées.

La raison en est la résistance du conducteur. Pour réduire les pertes de câble, on pourrait théoriquement augmenter la section de câble . Mais cela n'est pas fait, car les câbles deviennent très rapidement trop chers en raison de la forte demande de matériaux.

Il est préférable d'augmenter la tension à l'aide d'un transformateur avant la transmission. C'est précisément ce qui est fait dans la pratique et c'est la raison pour laquelle les lignes de transport terrestre fonctionnent avec des tensions extrêmement élevées de plusieurs milliers de volts.

La formule de puissance permet de comprendre facilement la situation :
P = U x I
lorsque la tension (U) dans l'unité d'électricité est transformée par un facteur de 1 000, avec la même puissance (P), le courant (I) diminue par un facteur de 1 000.

La puissance dissipée calculée selon la formule P = I² x R (Strom² x résistance de ligne) n'est alors que de 1/1.000.000 de la valeur sans transformation. Ainsi, l'énergie électrique peut être transmise à travers tout le pays.

Sur le côté récepteur, la haute tension de plusieurs milliers de volts est transformée en une tension de 230 V normale au réseau électrique public dans les stations de transformation et de transformation.

Les lignes de transport terrestre fonctionnent de 10 000 V à 380 000 V.

Des transformateurs sont également utilisés dans les blocs d'alimentation.

Pour les lampes, les appareils de chauffage, les outils électriques ou les ustensiles de cuisine, la tension d'alimentation de 230 V est parfaite.

En effet, grâce à la haute tension, les câbles « fins » de 1,5 à 2,5 mm² sont parfaitement adaptés à l'installation électrique domestique.

Cependant, pour d'autres appareils tels que les radios, les systèmes stéréo, les ordinateurs, les imprimantes et autres petits appareils, la tension de 230 V est beaucoup trop élevée.

Pour cette raison, des alimentations sont nécessaires pour l'adaptation de la tension, où les transformateurs sont également utilisés dans les versions les plus diverses.

Les blocs d'alimentation peuvent être installés dans l'appareil ou intégrés de manière externe entre l'appareil et la fiche secteur dans la ligne électrique.

Si des signaux doivent être transmis d'un circuit à un autre, des transformateurs ou, mieux encore, des transmetteurs sont également utilisés. Un exemple classique est un orgue lumineux.

Les signaux sonores qui sont émis à la sortie du haut-parleur doivent être activés par des commutateurs électroniques (thyristors) qui contrôlent la lumière au rythme de la musique.

Cependant, les lampes de l'orgue sont directement reliées au réseau 230 V. Pour des raisons de sécurité, il est toutefois interdit de transférer le potentiel de réseau sur la chaîne stéréo. Une isolation galvanique est nécessaire.

C'est pourquoi les impulsions de la sortie du haut-parleur sont commutées sur la bobine primaire du transmetteur. La bobine secondaire génère ensuite les impulsions pour l'activation des lampes.

Le bloc noir sur le côté gauche de la carte est le transmetteur.

La structure de ce transformateur de séparation montre clairement le principe de fonctionnement.

Si une tension est appliquée sur la bobine du côté primaire, la bobine primaire construit un champ magnétique lors de la mise sous tension. Ce champ magnétique est regroupé et amplifié par le noyau de fer .

Au moment où la bobine primaire construit le champ magnétique, l'intensité du champ magnétique augmente de la valeur zéro à la valeur maximale. A ce moment, une tension est générée dans la bobine secondaire sous la forme d'un pic d'impulsion (induit).

Si l'on raccorde une tension continue à la bobine primaire, le courant qui passe par la bobine primaire génère un champ magnétique puissant et constant qui ne change pas. Ainsi, aucune autre tension ne peut être mesurée sur la bobine secondaire, à l'exception de l'impulsion de mise sous tension courte.

La raison en est que la bobine secondaire ne induit une tension que si la force du champ magnétique change. C'est pourquoi les transformateurs ne fonctionnent pas avec une tension continue . Ils doivent être alimentés par une tension variable.

Un transformateur secteur est alimenté sur le côté primaire avec une tension alternative (par ex. 230 V provenant du réseau d'alimentation public) et émet une tension alternative sur la bobine secondaire à une hauteur de 12 V par exemple, déterminée par sa structure. Selon la conception, les transformateurs sont prévus pour l'installation ou possèdent leur propre boîtier avec les possibilités de raccordement nécessaires.

Un bloc d'alimentation est également alimenté par une tension alternative, mais comprend un redresseur (BGR) et un condensateur de tamis (C) en plus du transformateur de secteur. Pour cette raison, les blocs d'alimentation émettent généralement une tension à une hauteur pratiquement constante (tension continue). Pour que la tension de sortie soit toujours la même en cas de charge différente, de nombreux blocs d'alimentation sont également équipés d'une stabilisation de tension.

Transformateur secteur (figure supérieure) et bloc d'alimentation (figure inférieure).

Ce transformateur de 70 W est de 11 x 5,5 x 3,5 cm et de 120 g est léger.

Avec la tension de secteur de 230 V/50 Hz en Allemagne, 50 ondes sinusoïdales sont produites dans l'unité d'électricité par seconde. Subjectivement, cela est très rapide lorsque la tension et donc la direction du courant sont 100 fois inversées par seconde.

Cependant, dans le domaine de l'électronique, la fréquence de 50 Hz est infiniment lente. C'est pourquoi, si vous voulez transformer des tensions à haute puissance, vous avez besoin de grands transformateurs épais et lourds.

Afin d'économiser du matériel, du poids, de l'espace et de l'argent, les développeurs sont venus à l'idée de commander les transformateurs beaucoup plus rapidement. Pour ce faire, il suffit de faire une tension continue à partir de la tension secteur de 230 V.

Cette tension continue est commutée à l'aide d'un commutateur électronique à la fréquence souhaitée de plusieurs milliers de Hertz sur la bobine primaire d'un transformateur. 

Comme ce transformateur fonctionne alors à une fréquence beaucoup plus élevée, il est nettement plus petit, plus léger et moins coûteux que son partenaire lent de la fraction de 50 Hz.

Mise en oeuvre pratique :
le schéma ci-contre montre sous une forme simplifiée la mise en oeuvre technique d'un transformateur électronique. Une tension continue d'environ 320 V est fournie par le redresseur de pont (BGR) à partir de la tension alternative de 230 V. Celui-ci est lissé à l'aide des deux condensateurs (C1 et C2). Chacun des deux condensateurs se recharge alors à environ 160 V (demi-tension continue).

Les deux interrupteurs électroniques (S1) et (S2) sont commandés de manière à ce que seul un des deux interrupteurs puisse être fermé à la fois. Si, en cas d'erreur, les deux interrupteurs se ferment, le fusible (si) se déclenche immédiatement.

Si l'interrupteur (S1) est fermé, (C2) se charge à la tension de fonctionnement complète via la bobine supérieure (bobine primaire) du transformateur secteur (TR1). En même temps, le condensateur (C1) se décharge via l'interrupteur (S1) et le transformateur secteur. Dans cette phase, le courant traverse la bobine primaire de gauche à droite.

Schéma de commutation simplifié d'un transformateur électronique.

Transformateur de filet classique avec plaque d'angle pour le montage.

Les transformateurs secteur ou les transformateurs secteur servent à convertir la tension secteur de 230 V en une tension adaptée à l'appareil à alimenter.

Les transformateurs sont placés soit directement dans l'appareil en question, soit dans un bloc d'alimentation externe, soit dans une armoire de commande.

Pour les applications industrielles, il existe également des transformateurs d'alimentation qui peuvent fonctionner avec des tensions d'entrée de 400 V ou plus.

Le choix du transformateur approprié doit tenir compte de la puissance que le transformateur doit avoir en plus de la tension primaire et secondaire.

Pour un bloc d'alimentation 12 V avec max. 3 A, vous pouvez sélectionner le transformateur en utilisant la formule suivante :

12 V x 3 A = 36 va x facteur 1,4 = 50 va

En raison du facteur 1,4, le transformateur secteur a une tension de Charge une utilisation d'environ 70%. Ainsi, même en cas de charge maximale prolongée, il n'est pas surchargé.

En association avec des transformateurs de courant, le terme transformateur de sécurité ou transformateur de protection est encore présent.

Ces transformateurs répondent à des caractéristiques de sécurité particulières et sont soumis à des conditions d'essai plus strictes.

En raison des mesures de sécurité internes, les transformateurs sont résistants aux courts-circuits ou aux courts-circuits et possèdent une isolation renforcée.

Ainsi, il est garanti que même en cas d'erreur, aucune connexion électrique des circuits primaire et secondaire ne peut se produire.

En outre, les transformateurs de sécurité sont souvent équipés de dispositifs de protection ou de fusibles.

Transformateur de sécurité avec boîtier de protection et fusibles.

Les transformateurs de commande sont utilisés dans le secteur industriel.

Les transformateurs de commande sont utilisés dans la technique de l'énergie et de l'automatisation ainsi que dans la construction d'armoires de commande.

Les transformateurs de commande garantissent une alimentation fiable des circuits de commande et auxiliaires et permettent une adaptation parfaite au réseau électrique sur place grâce aux prises supplémentaires.

En cas de défaut, le courant de court-circuit est limité dans le circuit de commande et les perturbations résultant de la commutation de charges inductives sont réduites.

Les transformateurs d'alimentation compacts sont plus que des transformateurs d'alimentation conventionnels .

En plus du transformateur, des redresseurs et des condensateurs électrolytiques de charge sont également intégrés dans le boîtier avec.

Ainsi, les transformateurs d'alimentation compacts ne émettent pas de tension alternative, mais une tension continue.

Pour les transformateurs d'alimentation compacts pour l'expérimentation (voir image), différentes connexions de tension alternative sont guidées vers l'extérieur.

L'utilisateur peut alors décider lui-même s'il souhaite utiliser le redresseur interne et le condensateur électrolytique de charge.

Les transformateurs d'alimentation compacts sont parfaits pour l'expérimentation.

Transformateur d'impression avec pattes de fixation latérales pour le montage.

Les transformateurs d'impression ou de platine sont de préférence utilisés comme transformateurs de réseau pour les petits appareils qui n'ont pas trop besoin d'énergie.

Les transformateurs sont moulés dans un boîtier en plastique et sont équipés de connecteurs orientés vers le bas. Ils sont donc parfaitement conçus pour un montage sur des platines.

Pour les transformateurs d'impression de petite taille, la résistance mécanique des points de soudure suffit parfaitement pour assurer un maintien suffisant au transformateur. Pour les transformateurs plus grands, les languettes sont généralement installées sur le boîtier, ce qui permet de visser le transformateur sur la carte.

Lors de la sélection du bon transformateur d'impression, il convient donc de vérifier avec précision les distances des pieds de raccordement, en plus des valeurs électriques telles que la tension primaire et secondaire, ainsi que le courant ou la puissance.

Les transformateurs halogènes ont été utilisés de préférence dans le passé pour l'alimentation des lampes halogènes basse tension.

Les transformateurs étaient auparavant des transformateurs physiques avec bobinage primaire et secondaire, ce qui les rend très lourds, lourds et coûteux.

Les transformateurs halogènes sont désormais disponibles en tant que transformateurs électroniques, qui peuvent être montés de manière beaucoup plus facile à cacher.

Si les lampes halogènes sont remplacées par des lampes LED économes en énergie, il peut y avoir des problèmes avec certains transformateurs électroniques.

En effet, le faible courant de fonctionnement de l'ampoule LED peut ne plus atteindre la charge minimale requise par certains transformateurs électroniques.

La forme fine permet un montage invisible.

La forme ronde offre des avantages mais aussi des coûts plus élevés.

Grâce à la structure circulaire, les transformateurs à noyau annulaire ont un meilleur rendement par rapport aux transformateurs à bloc. Le champ magnétique d'épandage est également beaucoup plus faible.

C'est également la raison pour laquelle les transformateurs à noyau annulaire sont volontiers installés dans les installations Hi-Fi.

D'autres avantages sont la faible demande d'espace, un poids réduit et aussi bon que pas de bruit de rupture.

Cependant, l'effort de fabrication est beaucoup plus élevé, ce qui rend les transformateurs plus coûteux.

Les transformateurs à noyau annulaire puissants nécessitent impérativement un limiteur de courant d'appel sous la forme d'un PTCI.

Les transformateurs de ballast sont utilisés pour l'adaptation de la tension .

Cela peut se produire si, par exemple, un appareil américain conçu pour 110 V/60 Hz doit fonctionner sur le réseau électrique européen à 230 V/50 Hz.

Les transformateurs de ballast ne modifient que la tension et non la fréquence du réseau.

Mais dans la plupart des cas, cela est plutôt non critique.

Pour que les transformateurs de ballast puissent être utilisés individuellement, la tension d'entrée et la tension de sortie peuvent être réglées individuellement sur certains appareils.

Transformateur de ballast avec boîtier et prises de courant adaptées.

Un transformateur de commande/de réglage fournit des tensions de sortie individuelles.

Les transformateurs à commande ou à commande sont principalement utilisés dans les techniques de mesure et de régulation, dans les laboratoires électroniques et dans le domaine des services.

Ces transformateurs permettent de produire différentes tensions de sortie à une tension d'entrée de 230 V/50 Hz. Pour cela, la tension de sortie est réglée à l'aide d'un contact de ponçage rotatif sur une bobine de transformateur montée en forme d'anneau.

Ainsi, il est très facile de déterminer comment l'appareil TV connecté peut régler les variations de tension à l'entrée.

Les transformateurs peuvent être conçus comme un transformateur d'économie avec seulement un enroulement sans séparation galvanique (voir schéma dans l'image) ou comme un transformateur d'isolation de règle avec deux enroulements.

Un transformateur d'économie se compose généralement d'une bobine qui possède une ou plusieurs prises de courant pour la tension de sortie.

Les transformateurs d'économie sont utilisés de préférence lorsque les tensions d'entrée et de sortie sont très proches les unes des autres.

En effet, dans le cas d'un transformateur d'économie, seule la différence de tension entre entrée et sortie est transformée.

Une séparation galvanique entre la tension d'entrée et la tension de sortie n'est pas présente avec un transformateur d'économie.

Les transformateurs d'économie ne sont équipés que d'un seul bobinage.

Transformateur de laboratoire avec régulation et séparation galvanique.

Les transformateurs de laboratoire sont utilisés pour le développement, l'entretien ou la réparation de circuits électroniques.

Pour éviter les courts-circuits avec des appareils de mesure mis à la terre et des chocs électriques à vie, le circuit ou l'appareil sur lequel on travaille doit être séparé du potentiel du réseau.  sein. Cette séparation galvanique est réalisée par un transformateur de séparation sur lequel l'appareil à réparer doit être raccordé.

Les transformateurs de séparation ont une tension de sortie fixe ou la tension de sortie peut être réglée individuellement. Dans ce cas, on parle d'un transformateur de séparation des règles.

En raison de la séparation galvanique du réseau électrique, les transformateurs de coupure n'ont pas non plus de contact avec le conducteur de protection à la sortie ou, pour les prises de courant à froid, le conducteur de protection n'est pas branché à la sortie.

Le fonctionnement de plusieurs haut-parleurs sur un système d'amplificateur est critique car les haut-parleurs ne peuvent pas être câblés aussi facilement. Mais dans les bâtiments publics, les restaurants ou les hôtels, le fonctionnement simultané de plusieurs haut-parleurs est souvent nécessaire.

Ici, les transformateurs ELA et ELA continuent à vous aider. Un transformateur ELA est connecté à la sortie de l'amplificateur, qui a les mêmes valeurs de connexion qu'un boîtier de haut-parleur sur le côté primaire (côté entrée).

Les signaux de l'amplificateur (musique ou voix) sont maintenant transformés à la seconde page du transformateur ELA (100 V).

Les haut-parleurs (LS1 - LS4) utilisent également un transformateur ELA qui transforme les impulsions élevées sur le câble 100 V en tension compatible avec le haut-parleur.

Plusieurs transformateurs ELA avec haut-parleurs associés peuvent être branchés en parallèle sur la ligne 100 V.  werden. Même les longues lignes entre le haut-parleur et l'amplificateur ne jouent plus aucun rôle.

Plusieurs haut-parleurs peuvent être utilisés avec les transformateurs ELA.

Pour les transmetteurs, il s'agit plus de qualité de signal que de puissance.

Les transformateurs fonctionnent principalement comme des transformateurs.

Mais contrairement aux transformateurs, les transfers n'ont pas besoin de transformer efficacement de grandes puissances à une fréquence donnée.

Bien au contraire !
Les transmetteurs doivent pouvoir transmettre un large spectre de fréquences de la meilleure qualité possible, par exemple en tant que translateur audio pour microphones. Le circuit du microphone et le circuit de l'amplificateur ne sont pas reliés électriquement (isolation galvanique).

Mais même dans les blocs d'alimentation ou dans les technologies HF ou numérique, les transmetteurs sont utilisés de manière variée. Ici, ils sont appelés transformateurs à impulsion et ne doivent pas être aussi larges en termes de fréquence de transmission.

Les transformateurs convertissent le courant en champs magnétiques et champs magnétiques en courant. Ils en font tellement bien qu'ils ont fait leurs preuves depuis plus de 100 ans dans les domaines les plus divers de la technologie.

Grâce à la construction relativement simple, à l'utilisation de matériaux robustes et à l'absence de composants mécaniques mobiles, les transformateurs sont extrêmement peu nécessitant un entretien et une longue durée de vie. À condition de les utiliser dans les limites indiquées dans les caractéristiques techniques.

Ces caractéristiques simples et simples sont à la portée des concepteurs et ingénieurs d'aujourd'hui. C'est la raison pour laquelle les derniers appareils, machines et installations peuvent toujours trouver des transformateurs éprouvés.

Bloc d'alimentation moderne avec transformateurs et transmetteurs (avec contour jaune).