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Cours 1 Circuits Électroniques

TABLE DES MATIÈRES

1. LE TRANSFORMATEUR D’ALIMENTATION 1-1

1.1 Loi de Faraday 1-1

1.2 Principe du transformateur 1-1 1.2.1 Construction 1-1 1.2.2 Rapport de tours 1-1 1.2.3 au primaire: 1-2 1.2.4 au secondaire: 1-2

1.3 Comportement en courant 1-3

1.4 Caractéristiques des transformateurs d'alimentation 1-4 1.4.1 Caractéristiques principales 1-4 1.4.2 Résistance interne au secondaire 1-5

1.5 Types de transformateurs 1-6 1.5.1 Transformateur à secondaires multiples 1-6 1.5.2 Autotransformateur 1-6

1.6 Isolation du secteur 1-7

Circuits Électroniques

Le transformateur d’alimentation page 1-1

1. Le transformateur d’alimentation 1.1 Loi de Faraday

Lorsqu'un conducteur est déplacé à l’intérieur d’un champ magnétique, de telle sorte qu'il croise les lignes de force, il apparaît une tension à ses bornes et un courant, s'il est relié à un circuit. Plus grand est le nombre de lignes de force et plus grand est le nombre de tours de fils; plus grande est la tension induite aux bornes du conducteur. Dans le cas d'une bobine de N tours de fils placés dans un champ magnétique variable (ou se déplaçant), la tension induite aux bornes de la bobine est déterminée par la loi de Faraday qui s'énonce comme suit:

e induite = N x ∆φ / ∆t où: N = le nombre de tours de fils de la bobine.

∆φ / ∆t = la variation du champ magnétique en Weber/seconde.

(1 Weber = 108 lignes de force).

1.2 Principe du transformateur

1.2.1 Construction Le transformateur est constitué de deux bobines positionnées de telle sorte que le champ magnétique variable, produit par l'une, embrasse les enroulements de l'autre. Pour repérer ces dernières, on appelle primaire la bobine alimentée par la source CA et secondaire, la bobine raccordée à la charge. Examinez la Figure 1-1.

Primaire Secondaire ChargeSource

CA

Figure 1-1 Symbole du transformateur

1.2.2 Rapport de tours N.B.: Dans notre étude, nous supposerons que le transformateur est idéal. Cela veut dire

que toutes les lignes de force provenant du primaire atteignent le secondaire. On dit ainsi que le couplage est parfait.

Supposons que le primaire est constitué de 1000 tours de fils et le secondaire, de 500 tours. En appliquant une tension CA de 220 volts au primaire, un champ magnétique variable s’échappe des enroulements du primaire. Ainsi, les lignes de force provenant du primaire croisent les enroulements du secondaire en induisant une tension à ses bornes. La valeur de cette tension est trouvée comme suit:



1.2.3 au primaire: e primaire = N primaire x ∆φ / ∆t (loi de Faraday)

ou encore: ep / Np = ∆φ / ∆t

La tension CA provenant de la source au primaire induit une variation du champ magnétique ...

1.2.4 au secondaire: U secondaire = N secondaire x ∆φ / ∆t

ou encore: es / Ns = ∆φ / ∆t

La variation du champ magnétique provenant du primaire induit une tension au secondaire. La variation du champ magnétique (∆φ / ∆t) au secondaire étant la même qu'au primaire, on peut alors déduire ceci:

ep / Np = es / Ns et enfin

ep / es = Np / Ns = a et encore

ep = a x es

Si a est plus grand que 1, le transformateur est dévolteur.

Si a est plus petit que 1, le transformateur est survolteur.

En revenant au transformateur du début où Np = 1000, Ns = 500 et ep = 220 volts.

a = 1000 tours / 500 tours = 2 (dévolteur)

es = 220V / 2 = 110V

# 1 - Exemple

Un transformateur a un rapport de tours de 0,5.

Questions:

a) Np = 2000 tours que vaut Ns?

b) Si ep = 220 volts CA, que vaut es?

c) Est-il survolteur ou dévolteur?

Solutions:

a) Np / Ns = a => Ns = Np / a = 2000 / 0,5 = 4000 tours.

b) ep / es = a => es = ep / a = 220V / 0,5 = 440V.

c) survolteur (a<1)



# 2 - Exemple

Un transformateur a 1000 tours au primaire et 100 tours, au secondaire.

Questions:

a) a = ?

b) Si es = 10 V, que vaut ep?


Solutions:

a) a = Np / Ns = 1000 tours / 100 tours = 10

b) ep = es x a = 10V x 10 = 100V

c) dévolteur (a>1)

# 3 - Exemple

Un transformateur a 220V appliqués à son primaire et on retrouve 40V à son secondaire.

Questions:

a) a = ?

b) Si Ns = 100 tours que vaut donc Np?


Solutions:

a) a = ep / es = 220V / 40V = 5,5

b) Np = Ns x a = 100 tours x 5,5 = 550 tours

c) Dévolteur (a>1)

1.3 Comportement en courant Un transformateur ne dépense ni ne fournit d'énergie (transformateur idéal), c'est-à-dire que toute l’énergie qui y entre doit forcément en sortir:

P entrée = P sortie P primaire = P secondaire

ep x ip = es x is ep / es = is / ip = a

is

ip=

Np

Ns= a

Cette relation démontre: lorsqu’un transformateur est dévolteur, le courant du secondaire (is) est supérieur à celui du primaire et évidemment; lorsqu’un transformateur est survolteur, le courant au secondaire (ip) sera inférieur à celui du primaire. Ceci explique aussi les différences de grosseur des fils observées entre le primaire et le secondaire d’un transformateur.



# 1 - Exemples

Une charge de 10 Ω est reliée au secondaire d'un transformateur dont le rapport de tour est 4,4. La tension appliquée au primaire est de 220 volts.

Questions:

a) es = ?

b) is = ?

c) ip = ?

d) P sortie = ? et P entrée = ?

e) Est-ce que P sortie = P entrée ?

Solutions:

a) es = 220V / 4,4 = 50V

b) is = 50V / 10Ω = 5A

c) ip = is / a = 5A / 4,4 = 1,14A

d) P sortie = 5A x 50 V = 250 watts

P entrée = 220 volts x 1,14A = 250 watts

e) P entrée = P sortie = 250 watts

1.4 Caractéristiques des transformateurs d'alimentation

1.4.1 Caractéristiques principales Dans les fiches signalétiques, on rencontre généralement ceci:

a) Tension de primaire;

b) Tension de secondaire (avec et sans charge);

c) Puissance maximale transformable exprimée en VA (volts x ampères) ou le courant maximum (à pleine charge) au secondaire.



1.4.2 Résistance interne au secondaire La tension de secondaire est différente avec et sans charge. Ceci est causé par la résistance interne. Elle provient de la résistance des fils utilisés pour les enroulements et des diverses pertes du transformateur. On évalue cette résistance en se servant des caractéristiques fournies par les manufacturiers de transformateurs (voir les fiches signalétiques) et du théorème de Thévenin. Examinez la Figure 1-2.

Rint

esNL

+

esFL

-

isFL

FL=Full Load (pleine charge)NL=No Load (sans charge)Transformateur

Figure 1-2: Résistance interne d'un transformateur.

Rint =esNL - esFL

isFL # 1 - Un transformateur 167L36 de la compagnie Hammond (É.U.) a les spécifications

suivantes:

ep = 115 V - 60 Hz

esNL = 38.3 Vct* esFL = 36 Vct* isFL = 2 A *ct = center tap = prise médiane

Questions:

a) Que vaut R int?

b) Quelle est, en VA, la puissance transformable par ce transformateur?

Solutions:

a) R int = (esNL - esFL) / isFL = (38.3V - 36V) / 2A = 1.15Ω

b) P sortieFL = 36V x 2A = 72VA

Prise médiane115Vca

18Vca

18Vca36Vca

Figure 1-3: Hammond 167L36 (É.U.).

Les points indiquent la phase entre le primaire et le secondaire.



1.5 Types de transformateurs

1.5.1 Transformateur à secondaires multiples

220V 12,6V 1A

6,3V 5A

10Vct 3A

Figure 1-4: Transformateur à secondaires multiples

On y voit: Un secondaire pouvant fournir 5 ampères à 6,3 volts CA. Un secondaire pouvant fournir 1 ampère à 12,6 volts CA. Un secondaire avec prise médiane divisant le secondaire en deux secondaires de 5 volts CA, chacun pouvant fournir 3 ampères.

1.5.2 Autotransformateur Dans un autotransformateur, le primaire et le secondaire partagent ensemble une partie de leur enroulement. Toutes les règles vues précédemment concernant les transformateurs s'appliquent à ce type de transformateur.

# 1 - Examinez la Figure 1-6.

Questions:

a) a =?

b) eRL = ?

c) i3 = ?

d) i1 = ?

e) i2 = ?

Solutions:

a) Np = 200 tours, Ns = 100 tours => a = 200 / 100 = 2

b) eRL = 100V / 2 = 50V

c) i3 = is = 50V / 50Ω = 1A

d) i1 = ip = is / a = 1A / 2 = 500mA

e) i2 = i3 - i1 = 1A - 500mA = 500mA

Es

Ep

Survolteur Dévolteur

Ep

Es

Figure 1-5

100V100T

100T

i2

i1

50RRL

i3

Figure 1-6



1.6 Isolation du secteur

Règle générale, le boîtier métallique d'un appareil électrique est relié à la masse. Cependant, si deux appareils électriques près l’un de l’autre étaient branchés au secteur et si le fil vivant de l'un et le fil neutre de l'autre étaient branchés sur le boîtier de l’appareil, une différence de potentiel égale au secteur serait présente entre ceux-ci. Il y aurait la possibilité d’une électrocution (Figure 1-7).

Secteur

Figure 1-7

Si l'alimentation de ces deux appareils utilisait des transformateurs, ils seraient alors électriquement isolés l'un de l'autre. (Figure 1-8).

Secteur

Figure 1-8: Isolation électrique grâce aux transformateurs.

N.B.: Un auto-transformateur ne peut servir à isoler du secteur.

# 1 -

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