Le dispositif et le principe de fonctionnement du transformateur
Pour convertir une tension électrique d'une grandeur en une tension électrique d'une autre grandeur, c'est-à-dire pour convertir de l'énergie électrique, utilisez transformateurs électriques.
Un transformateur ne peut convertir que du courant alternatif en courant alternatif, par conséquent, pour obtenir du courant continu, le courant alternatif du transformateur est redressé si nécessaire. A cet effet, ils servent redresseurs.
D'une manière ou d'une autre, chaque transformateur (qu'il s'agisse d'un transformateur de tension, d'un transformateur de courant ou d'un transformateur d'impulsions) fonctionne grâce au phénomène d'induction électromagnétique, qui se manifeste dans toute sa splendeur précisément avec un courant alternatif ou impulsionnel.
Dispositif de transformateur
Dans sa forme la plus simple, un transformateur monophasé se compose de seulement trois parties principales : un noyau ferromagnétique (circuit magnétique), ainsi que les enroulements primaire et secondaire. En principe, un transformateur peut avoir plus de deux enroulements, mais au moins deux d'entre eux. Dans certains cas, la fonction de l'enroulement secondaire peut être assurée par une partie des spires de l'enroulement primaire (voir Fig. types de transformateurs), mais de telles solutions sont assez rares par rapport aux habituelles.
La partie principale du transformateur est un noyau ferromagnétique. Lorsque le transformateur fonctionne, le champ magnétique changeant se trouve dans le noyau ferromagnétique. La source du champ magnétique changeant dans le transformateur est le courant alternatif de l'enroulement primaire.
Tension d'enroulement secondaire du transformateur
On sait que tout courant électrique est accompagné d'un champ magnétique ; en conséquence, un courant alternatif est accompagné d'un champ magnétique alternatif (changeant d'amplitude et de direction).
Ainsi, en fournissant du courant alternatif à l'enroulement primaire du transformateur, on obtient un champ magnétique changeant du courant de l'enroulement primaire. Et donc le champ magnétique est principalement concentré dans le noyau du transformateur, ce noyau est constitué d'un matériau à haute perméabilité magnétique, des milliers de fois supérieure à celle de l'air, donc l'essentiel du flux magnétique de l'enroulement primaire sera fermé exactement à l'intérieur du noyau, pas à travers l'air.
Ainsi, le champ magnétique alternatif de l'enroulement primaire est concentré dans le volume du noyau du transformateur, qui est constitué d'acier de transformateur, de ferrite ou d'un autre matériau approprié, en fonction de la fréquence de fonctionnement et de l'objectif d'un transformateur particulier.
L'enroulement secondaire du transformateur est situé sur un noyau commun avec son enroulement primaire. Par conséquent, le champ magnétique alternatif de l'enroulement primaire pénètre également dans les spires de l'enroulement secondaire.
UN phénomène d'induction électromagnétique cela réside simplement dans le fait qu'un champ magnétique variable dans le temps provoque un champ électrique variable dans l'espace qui l'entoure. Et comme il y a un deuxième fil de bobine dans cet espace autour du champ magnétique changeant, le champ électrique alternatif induit agit sur les porteurs de charge à l'intérieur de ce fil.
Cette action de champ électrique provoque une FEM à chaque tour de la bobine secondaire. Il en résulte qu'une tension électrique alternative apparaît entre les bornes de l'enroulement secondaire. Lorsque l'enroulement secondaire du transformateur connecté n'est pas chargé, le transformateur est vide.
Fonctionnement du transformateur en charge
Si une certaine charge est connectée à l'enroulement secondaire d'un transformateur en fonctionnement, un courant apparaît à travers la charge dans tout le circuit secondaire du transformateur.
Ce courant génère son propre champ magnétique qui, selon la loi de Lenz, a une direction telle qu'il s'oppose à la "cause qui le provoque". Cela signifie que le champ magnétique du courant de l'enroulement secondaire à tout instant tend à réduire le champ magnétique croissant de l'enroulement primaire ou tend à soutenir le champ magnétique de l'enroulement primaire lorsqu'il diminue, il pointe toujours vers le champ magnétique champ de la bobine primaire.
Ainsi, lorsque l'enroulement secondaire du transformateur est chargé, une force contre-électromotrice se produit dans son enroulement primaire, forçant l'enroulement primaire du transformateur à tirer plus de courant du réseau d'alimentation.
Facteur de transformation
Le rapport de transformation des enroulements primaire N1 et secondaire N2 d'un transformateur détermine le rapport entre ses tensions d'entrée U1 et de sortie U2 et les courants d'entrée I1 et de sortie I2 lorsque le transformateur fonctionne en charge. Ce rapport est appelé rapport de transformation du transformateur:
Le facteur de transformation est supérieur à un si le transformateur est abaissé et inférieur à un si le transformateur est intensifié.
Transformateur de tension
Un transformateur de tension est un type de transformateur abaisseur conçu pour isoler galvaniquement les circuits haute tension des circuits basse tension.
Habituellement, lorsqu'il s'agit de haute tension, cela signifie 6 kilovolts ou plus (sur l'enroulement primaire du transformateur de tension), et la basse tension signifie des valeurs de l'ordre de 100 volts (sur l'enroulement secondaire).
Un tel transformateur est utilisé, en règle générale, à des fins de mesure… Il abaisse, par exemple, la haute tension de la ligne électrique à une basse tension pratique pour la mesure, tout en étant également capable d'isoler galvaniquement les circuits de mesure, de protection et de commande du circuit haute tension. Ces types de transformateurs fonctionnent généralement en mode veille.
Fondamentalement, tout peut être appelé un transformateur de tension transformateur de puissanceutilisé pour convertir l'énergie électrique.
Transformateur de courant
Dans un transformateur de courant, l'enroulement primaire, qui se compose généralement d'un seul tour, est connecté en série avec le circuit source de courant. Cette spire peut être une section du fil du circuit où le courant doit être mesuré.
Le fil est simplement passé à travers la fenêtre du noyau du transformateur et devient ce tour unique - le tour de l'enroulement primaire. Son enroulement secondaire, qui comporte de nombreuses spires, est relié à un appareil de mesure à faible résistance interne.
Les transformateurs de ce type sont utilisés pour mesurer les valeurs de courant alternatif dans les circuits de puissance. Ici, le courant et la tension de l'enroulement secondaire sont proportionnels au courant mesuré de l'enroulement primaire (circuit de courant).
Les transformateurs de courant sont largement utilisés dans les dispositifs de protection à relais pour les systèmes électriques, ils ont donc une grande précision. Ils rendent les mesures sûres, car ils isolent galvaniquement de manière fiable le circuit de mesure du circuit primaire (généralement haute tension - des dizaines et des centaines de kilovolts).
Transformateur d'impulsions
Ce transformateur est conçu pour convertir une impulsion sous forme de courant (tension). De courtes impulsions, généralement rectangulaires, appliquées à son enroulement primaire font fonctionner le transformateur pratiquement dans des conditions transitoires.
Ces transformateurs sont utilisés dans les convertisseurs de tension à impulsions et autres dispositifs à impulsions, ainsi que dans les transformateurs de différenciation.
L'utilisation de transformateurs d'impulsions permet de réduire le poids et le coût des appareils dans lesquels ils sont utilisés, simplement en raison de la fréquence de conversion accrue (dizaines et centaines de kilohertz) par rapport aux transformateurs de réseau fonctionnant à une fréquence de 50-60 Hz. Les impulsions rectangulaires, dont le temps de montée est bien inférieur à la durée de l'impulsion elle-même, sont généralement transformées avec une faible distorsion.