Peut-être que quelqu'un pense qu'un transformateur est quelque chose entre un transformateur et un terminateur. Cet article a pour but de détruire de telles idées.
Le transformateur est un dispositif électromagnétique statique conçu pour convertir un courant électrique alternatif d'une tension et d'une certaine fréquence en électricité tension différente et même fréquence.
Le fonctionnement de tout transformateur est basé sur le phénomène découvert par Faraday.
Objectif des transformateurs
Différents types de transformateurs sont utilisés dans presque tous les circuits électriques appareils électriques et lors du transport d'électricité sur de longues distances.
Les centrales électriques produisent un courant de tension relativement faible - 220 , 380 , 660 B. Transformateurs, augmentant la tension à des valeurs de l'ordre mille kilovolts, permettent de réduire considérablement les pertes lors du transport d'électricité sur de longues distances, tout en réduisant la section transversale des fils des lignes de transport d'électricité.
Immédiatement avant d'atteindre le consommateur (par exemple, une prise domestique ordinaire), le courant passe par un transformateur abaisseur. C'est ainsi que nous obtenons ce à quoi nous sommes habitués 220 Volt.
Le type de transformateur le plus courant est transformateurs de puissance . Ils sont conçus pour convertir la tension en circuits électriques. En plus des transformateurs de puissance dans divers appareils électroniques appliquer:
- transformateurs d'impulsions;
- transformateurs de puissance;
- transformateurs de courant.
Principe de fonctionnement du transformateur
Les transformateurs sont monophasés et multiphasés, à un, deux ou gros montant enroulements Considérons le circuit et le principe de fonctionnement d'un transformateur en utilisant l'exemple d'un simple transformateur monophasé.
De quoi est composé un transformateur ? Dans le cas le plus simple, à partir d'un seul métal cœur et deux enroulements . Les enroulements ne sont pas connectés électriquement les uns aux autres et sont des fils isolés.
Un enroulement (appelé primaire ) se connecte à la source courant alternatif. Le deuxième enroulement, appelé secondaire , se connecte au consommateur final de courant.
Lorsqu'un transformateur est connecté à une source de courant alternatif, un courant alternatif d'ampleur circule dans les spires de son enroulement primaire. I1 . Cela crée un flux magnétique F , qui pénètre dans les deux enroulements et y induit une CEM.
Il arrive que l'enroulement secondaire ne soit pas sous charge. Ce mode de fonctionnement du transformateur est appelé mode à vide. En conséquence, si l'enroulement secondaire est connecté à un consommateur, le courant le traverse I2 , survenant sous l'influence des champs électromagnétiques.
L'ampleur de la FEM apparaissant dans les enroulements dépend directement du nombre de tours de chaque enroulement. Le rapport de la FEM induite dans les enroulements primaire et secondaire est appelé rapport de transformation et est égal au rapport du nombre de tours des enroulements correspondants.
En sélectionnant le nombre de tours sur les enroulements, vous pouvez augmenter ou diminuer la tension au niveau du consommateur de courant à partir de l'enroulement secondaire.
Transformateur idéal
Un transformateur idéal est un transformateur dans lequel il n’y a aucune perte d’énergie. Dans un tel transformateur, l'énergie actuelle dans l'enroulement primaire est d'abord entièrement convertie en énergie. champ magnétique, puis - dans l'énergie de l'enroulement secondaire.
Bien entendu, un tel transformateur n’existe pas dans la nature. Cependant, dans le cas où les pertes de chaleur peuvent être négligées, il est pratique d'utiliser dans les calculs la formule d'un transformateur idéal, selon laquelle les puissances de courant dans les enroulements primaire et secondaire sont égales.
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Pertes d'énergie dans le transformateur
L'efficacité des transformateurs est assez élevée. Cependant, des pertes d'énergie se produisent dans l'enroulement et le noyau, provoquant une augmentation de la température pendant le fonctionnement du transformateur. Pour les petits transformateurs de puissance, cela ne pose pas de problème et toute la chaleur passe environnement– un refroidissement naturel par air est utilisé. De tels transformateurs sont appelés secs.
Dans des transformateurs plus puissants refroidissement par air Cela s'avère insuffisant et un refroidissement par huile est utilisé. Dans ce cas, le transformateur est placé dans un réservoir contenant de l'huile minérale, à travers laquelle la chaleur est transférée aux parois du réservoir et dissipée dans l'environnement. Dans les transformateurs de haute puissance, des tuyaux d'échappement sont également utilisés - si l'huile bout, les gaz résultants ont besoin d'une sortie.
Bien sûr, les transformateurs ne sont pas aussi simples qu'il y paraît à première vue - après tout, nous avons brièvement examiné le principe de fonctionnement d'un transformateur. Un test d'électrotechnique avec des problèmes de calcul d'un transformateur peut soudainement devenir un véritable problème. toujours prêt à vous aider à résoudre tout problème lié à vos études ! Contactez Zaochnik et apprenez facilement !
Les générateurs situés dans les centrales électriques produisent un champ électromagnétique très puissant. En pratique, une telle tension est rarement nécessaire. Cette tension doit donc être convertie.
Transformateurs
Des appareils appelés transformateurs sont utilisés pour convertir la tension. Les transformateurs peuvent soit augmenter la tension, soit la diminuer. Il existe également des transformateurs stabilisateurs qui n'augmentent ni ne diminuent la tension.
Considérez la conception du transformateur dans la figure suivante.
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Conception et fonctionnement du transformateur
Le transformateur se compose de deux bobines avec des enroulements de fils. Ces bobines sont placées sur un noyau en acier. Le noyau n'est pas monolithique, mais est assemblé à partir de plaques minces.
L'un des enroulements s'appelle le primaire. La tension alternative provenant du générateur et qui doit être convertie est connectée à cet enroulement. L’autre enroulement est appelé enroulement secondaire. Une charge y est connectée. La charge correspond à tous les appareils et appareils qui consomment de l'énergie.
La figure suivante montre le symbole du transformateur.
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Le fonctionnement d’un transformateur repose sur le phénomène d’induction électromagnétique. Lorsqu'un courant alternatif traverse l'enroulement primaire, un flux magnétique alternatif est créé dans le noyau. Et comme le noyau est commun, le flux magnétique induit un courant dans l’autre bobine.
L'enroulement primaire du transformateur a N1 tours, sa force électromotrice induite totale est égale à e1 = N1*e, où e est la valeur instantanée de la force électromotrice induite dans toutes les spires. e est le même pour tous les tours des deux bobines.
L'enroulement secondaire a N2 tours. La FEM e2 = N2*e y est induite.
Ainsi:
Nous négligeons la résistance du bobinage. Par conséquent, les valeurs de la force électromotrice induite et de la tension seront à peu près égales en ampleur :
Lorsque le circuit de l'enroulement secondaire est ouvert, aucun courant n'y circule, donc :
Les valeurs emf instantanées e1, e2 oscillent en une seule phase. Leur rapport peut être remplacé par le rapport des valeurs des fem efficaces : E1 et E2. Et remplaçons le rapport des valeurs de tension instantanées valeurs efficaces tension. On a:
E1/E2 ≈U1/U2 ≈N1/N2 = K
K – coefficient de transformation. À K>0 le transformateur augmente la tension lorsque K<0 – le transformateur réduit la tension. Si une charge est connectée aux extrémités de l'enroulement secondaire, un courant alternatif apparaîtra dans le deuxième circuit, ce qui provoquera l'apparition d'un autre flux magnétique dans le noyau.
Ce flux magnétique réduira la modification du flux magnétique du noyau. Pour chargé transformateur, la formule suivante sera valable :
U1/U2 ≈ I2/I1.
Autrement dit, lorsque la tension augmente plusieurs fois, nous réduirons le courant du même montant.
Nous poursuivons notre connaissance des composants électroniques et dans cet article nous examinerons dispositif et principe de fonctionnement du transformateur.
Les transformateurs sont largement utilisés dans l'ingénierie radio et électrique et sont utilisés pour la transmission et la distribution énergie électrique dans les réseaux électriques, pour alimenter les circuits d'équipements radio, dans les appareils de conversion, comme transformateurs de soudage, etc.
Transformateur conçu pour convertir Tension alternative une valeur en une tension alternative d'une autre valeur.
Dans la plupart des cas, un transformateur est constitué d'un circuit magnétique fermé (noyau) sur lequel se trouvent deux bobines (enroulements) qui ne sont pas connectées électriquement les unes aux autres. Le noyau magnétique est constitué d'un matériau ferromagnétique et les enroulements sont enroulés avec du fil de cuivre isolé et placés sur le noyau magnétique.
Un enroulement est connecté à une source de courant alternatif et est appelé primaire(I), la tension est supprimée de l'autre enroulement pour alimenter la charge et l'enroulement est appelé secondaire(II). Un diagramme schématique d'un transformateur simple à deux enroulements est présenté dans la figure ci-dessous.
1. Le principe de fonctionnement du transformateur.
Le principe de fonctionnement du transformateur est basé sur phénomène d'induction électromagnétique.
Si une tension alternative est appliquée à l'enroulement primaire U1, alors le courant alternatif circulera dans les tours de l'enroulement Io, qui va créer autour du bobinage et dans le noyau magnétique champ magnétique alternatif. Le champ magnétique produit un flux magnétique Fo, qui, passant le long du circuit magnétique, traverse les spires des enroulements primaire et secondaire et y induit (induit) des champs électromagnétiques alternatifs - e1 Et e2. Et si vous connectez un voltmètre aux bornes de l'enroulement secondaire, il indiquera la présence d'une tension de sortie U2, qui sera approximativement égale à la force électromotrice induite e2.
Lorsqu'une charge, par exemple une lampe à incandescence, est connectée à l'enroulement secondaire, un courant apparaît dans l'enroulement primaire. I1, formant un flux magnétique alternatif dans le circuit magnétique F1 variant à la même fréquence que le courant I1. Sous l'influence d'un flux magnétique alternatif, un courant apparaît dans le circuit de l'enroulement secondaire I2, qui à son tour crée un flux magnétique antagoniste selon la loi de Lenz F2, cherchant à démagnétiser le flux magnétique qui le génère.
En raison de l'effet démagnétisant du flux F2 Le flux magnétique s'établit dans le circuit magnétique Foégal à la différence de flux F1 Et F2 et faire partie du flux F1, c'est à dire.
Flux magnétique résultant Fo assure le transfert d'énergie magnétique de l'enroulement primaire vers l'enroulement secondaire et induit une force électromotrice dans l'enroulement secondaire e2, sous l'influence duquel le courant circule dans le circuit secondaire I2. Cela est dû à la présence d'un flux magnétique Fo et il y a un courant I2, qui sera d'autant plus grand que Fo. Mais en même temps, plus le courant est important I2, plus le contre-courant est important F2 et donc moins Fo.
De ce qui précède, il s'ensuit qu'à certaines valeurs du flux magnétique F1 et résistances enroulement secondaire Et charges les valeurs EMF correspondantes sont définies e2, actuel I2 et couler F2, assurant l'équilibre des flux magnétiques dans le circuit magnétique, exprimé par la formule donnée ci-dessus.
Ainsi, la différence de flux F1 Et F2 ne peut pas être nul, car dans ce cas il n'y aurait pas de thread principal Fo, et sans cela, le flux ne pourrait pas exister F2 et actuel I2. Donc le flux magnétique F1, créé par le courant primaire I1, toujours plus de flux magnétique F2, créé par le courant secondaire I2.
L'ampleur du flux magnétique dépend du courant qui le crée et du nombre de tours de l'enroulement qu'il traverse.
La tension de l'enroulement secondaire dépend de rapport du nombre de tours dans les enroulements. Avec le même nombre de tours, la tension sur l'enroulement secondaire sera approximativement égale à la tension fournie à l'enroulement primaire, et un tel transformateur est appelé partage.
Si l'enroulement secondaire contient plus de spires que le primaire, alors la tension qui y est développée sera supérieure à la tension fournie à l'enroulement primaire, et un tel transformateur est appelé en augmentant.
Si l'enroulement secondaire contient moins de spires que le primaire, alors sa tension sera inférieure à la tension fournie à l'enroulement primaire, et un tel transformateur est appelé vers le bas.
Ainsi. En sélectionnant le nombre de tours d'enroulements à une tension d'entrée donnée U1 obtenir la tension de sortie souhaitée U2. Pour ce faire, ils utilisent des méthodes spéciales de calcul des paramètres des transformateurs, à l'aide desquelles les enroulements sont calculés, la section des fils est sélectionnée, le nombre de tours est déterminé, ainsi que l'épaisseur et le type de le noyau magnétique.
Le transformateur ne peut fonctionner que dans des circuits à courant alternatif. Si son enroulement primaire est connecté à une source de courant continu, alors un flux magnétique se forme dans le circuit magnétique, constant dans le temps, en amplitude et en direction. Dans ce cas, aucune tension alternative ne sera induite dans les enroulements primaire et secondaire, et donc l'énergie électrique ne sera pas transférée du circuit primaire au secondaire. Cependant, si un courant pulsé circule dans l'enroulement primaire du transformateur, alors une tension alternative sera induite dans l'enroulement secondaire, dont la fréquence sera égale à la fréquence d'ondulation du courant dans l'enroulement primaire.
2. Conception du transformateur.
2.1. Noyau magnétique. Matériaux magnétiques.
But circuit magnétique consiste à créer un chemin fermé pour le flux magnétique avec une résistance magnétique minimale. Par conséquent, les noyaux magnétiques des transformateurs sont constitués de matériaux à haute perméabilité magnétique dans des champs magnétiques alternatifs puissants. Les matériaux doivent présenter de faibles pertes par courants de Foucault afin de ne pas surchauffer le circuit magnétique à des valeurs d'induction magnétique suffisamment élevées, être assez bon marché et ne pas nécessiter de traitements mécaniques et thermiques complexes.
Matériaux magnétiques, utilisés pour la fabrication de noyaux magnétiques, sont réalisés sous forme de feuilles séparées, ou sous forme de longues bandes d'une certaine épaisseur et largeur et sont appelés aciers électriques.
Les tôles d'acier (GOST 802-58) sont produites par laminage à chaud et à froid, les aciers texturés en bandes (GOST 9925-61) uniquement par laminage à froid.
Sont également utilisés des alliages fer-nickel à haute perméabilité magnétique, par exemple le permalloy, le permindur, etc. (GOST 10160-62) et les ferrites magnétiques douces basse fréquence.
Pour la fabrication d'une variété de transformateurs relativement peu coûteux, ils sont largement utilisés aciers électriques, qui ont un faible coût et permettent au transformateur de fonctionner avec et sans magnétisation constante du circuit magnétique. Les aciers laminés à froid, qui présentent de meilleures caractéristiques que les aciers laminés à chaud, ont trouvé la plus grande application.
Alliages avec haute perméabilité magnétique utilisé pour la fabrication de transformateurs d'impulsions et de transformateurs conçus pour fonctionner à des fréquences élevées et élevées de 50 à 100 kHz.
L'inconvénient de ces alliages est leur coût élevé. Par exemple, le coût du permalloy est 10 à 20 fois plus élevé que celui de l’acier électrique, et le permendur est 150 fois plus élevé. Cependant, dans certains cas, leur utilisation peut réduire considérablement le poids, le volume et même le coût total du transformateur.
Un autre inconvénient est la forte influence de la magnétisation permanente et des champs magnétiques alternatifs sur la perméabilité magnétique, ainsi que la faible résistance aux influences mécaniques - chocs, pression, etc.
Depuis ferrites magnétiques douces basse fréquence fabriqué avec une perméabilité initiale élevée noyaux magnétiques pressés, qui sont utilisés pour la fabrication de transformateurs d'impulsions et de transformateurs fonctionnant à des fréquences élevées de 50 à 100 kHz. L'avantage des ferrites est leur faible coût, mais l'inconvénient est une faible induction de saturation (0,4 - 0,5 T) et une forte instabilité de température et d'amplitude de la perméabilité magnétique. Ils ne sont donc utilisés que dans des champs faibles.
Le choix des matériaux magnétiques se fait en fonction des caractéristiques électromagnétiques, en tenant compte des conditions de fonctionnement et de la destination du transformateur.
2.2. Types de circuits magnétiques.
Les noyaux magnétiques des transformateurs sont divisés en feuilleté(tamponné) et ruban adhésif(torsadés), fabriqués à partir de matériaux en feuilles et pressés à partir de ferrites.
Feuilleté Les noyaux magnétiques sont assemblés à partir de plaques plates embouties de forme appropriée. De plus, les plaques peuvent être réalisées dans presque tous les matériaux, même très fragiles, ce qui constitue un avantage de ces noyaux magnétiques.
Ruban adhésif Les noyaux magnétiques sont constitués d'un mince ruban enroulé en forme de spirale dont les spires sont fermement reliées les unes aux autres. L'avantage des noyaux magnétiques en bandes est la pleine utilisation des propriétés des matériaux magnétiques, ce qui permet de réduire le poids, la taille et le coût du transformateur.
Selon le type de circuit magnétique, les transformateurs sont divisés en tige, blindé Et toroïdal. De plus, chacun de ces types peut être soit une tige, soit un ruban.
Tige.
Dans les circuits magnétiques type de tige les enroulements sont situés sur deux tiges ( tige appelée partie du circuit magnétique sur laquelle sont placés les bobinages). Cela complique la conception du transformateur, mais réduit l'épaisseur de l'enroulement, ce qui contribue à réduire l'inductance de fuite, la consommation de fil et augmente la surface de refroidissement.
Les noyaux magnétiques à tige sont utilisés dans les transformateurs de sortie à faible niveau d'interférence, car ils sont insensibles aux effets des champs magnétiques externes basse fréquence. Cela s'explique par le fait que, sous l'influence d'un champ magnétique externe, des tensions de phase opposées sont induites dans les deux bobines, qui, lorsque les spires des enroulements sont égales, se compensent. En règle générale, les transformateurs de puissance élevée et moyenne sont fabriqués à tige.
Blindé.
Dans le circuit magnétique type d'armure le bobinage est situé sur la tige centrale. Cela simplifie la conception du transformateur, permet une plus grande utilisation de la fenêtre par l'enroulement et fournit également une certaine protection mécanique à l'enroulement. Par conséquent, ces circuits magnétiques sont les plus largement utilisés.
Un inconvénient des noyaux magnétiques blindés est leur sensibilité accrue aux champs magnétiques basse fréquence, ce qui les rend impropres à une utilisation comme transformateurs de sortie à faibles niveaux de bruit. Le plus souvent, les transformateurs et microtransformateurs de moyenne puissance sont blindés.
Toroïdal.
Toroïdal ou anneau les transformateurs permettent d'exploiter pleinement les propriétés magnétiques du matériau, ont de faibles flux de dissipation et créent un champ magnétique externe très faible, ce qui est particulièrement important dans les transformateurs haute fréquence et à impulsions. Mais en raison de la complexité de fabrication des enroulements, ceux-ci n’étaient pas largement utilisés. Le plus souvent, ils sont en ferrite.
Pour réduire les pertes dues aux courants de Foucault, les circuits magnétiques feuilletés sont assemblés à partir de plaques embouties de 0,35 à 0,5 mm d'épaisseur, qui sont recouvertes sur une face d'une couche de vernis de 0,01 mm d'épaisseur ou d'un film d'oxyde.
La bande pour noyaux magnétiques en bande a une épaisseur de quelques centièmes à 0,35 mm et est également recouverte d'une suspension ou d'un film d'oxyde électriquement isolant et en même temps adhésif. Et plus la couche isolante est fine, plus la section transversale du circuit magnétique est remplie de matériau magnétique, plus les dimensions hors tout du transformateur sont petites.
Récemment, à côté des types de circuits magnétiques considérés comme « traditionnels », de nouvelles formes ont été utilisées, notamment les circuits magnétiques de type « câble », « tore inversé », type bobine, etc.
Restons-en là pour l'instant. Continuons dans .
Bonne chance!
Littérature:
1. V. A. Volgov - « Parties et composants d'équipements radioélectroniques », Energia, Moscou 1977
2. V. N. Vanin - « Transformateurs de courant », Maison d'édition « Energia » Moscou 1966 Leningrad.
3. I. I. Belopolsky - "Calcul des transformateurs et des selfs de faible puissance", M-L, Gosenergoizdat, 1963.
4. G. N. Petrov - « Transformateurs. Volume 1. Fondements de la théorie", Maison d'édition nationale de l'énergie, Moscou 1934 Leningrad.
5. V. G. Borisov, « Jeune radioamateur », Moscou, « Radio et communications », 1992
Le principe de fonctionnement d'un transformateur est lié au principe de l'induction électromagnétique. Le courant entrant dans l'enroulement primaire crée un flux magnétique dans le circuit magnétique.
Le fonctionnement d’un transformateur repose sur le phénomène d’induction électromagnétique. L’un des enroulements, appelé enroulement primaire, est alimenté en tension par une source externe. Le courant alternatif circulant dans l'enroulement primaire crée un flux magnétique alternatif dans le noyau magnétique, déphasé, avec un courant sinusoïdal, de 90° par rapport au courant dans l'enroulement primaire. Suite à l'induction électromagnétique, un flux magnétique alternatif dans le circuit magnétique crée dans tous les enroulements, y compris le primaire, une force électromotrice d'induction proportionnelle à la dérivée première du flux magnétique, avec un courant sinusoïdal décalé de 90° par rapport au flux magnétique. . Lorsque les enroulements secondaires ne sont connectés à rien (mode sans charge), la force électromotrice induite dans l'enroulement primaire compense presque complètement la tension de la source d'alimentation, de sorte que le courant traversant l'enroulement primaire est faible et est déterminé principalement par son inductance. réactance. La tension d'induction sur les enroulements secondaires en mode sans charge est déterminée par le rapport du nombre de tours de l'enroulement correspondant w2 au nombre de tours de l'enroulement primaire w1 : U2=U1w2/w1.
Lorsque l’enroulement secondaire est connecté à une charge, le courant commence à le traverser. Ce courant crée également un flux magnétique dans le circuit magnétique et il est dirigé à l'opposé du flux magnétique créé par l'enroulement primaire. En conséquence, la compensation de la force électromotrice induite et de la force électromotrice de la source d'alimentation est perturbée dans l'enroulement primaire, ce qui entraîne une augmentation du courant dans l'enroulement primaire jusqu'à ce que le flux magnétique atteigne presque la même valeur. Dans ce mode, le rapport des courants des enroulements primaire et secondaire est égal au rapport inverse du nombre de tours des enroulements (I1=I2w2/w1), le rapport de tension, en première approximation, reste également le même .
Schématiquement, ce qui précède peut être représenté comme suit :
U1 > I1 > I1w1 > Ф > ε2 > I2.
Le flux magnétique dans le noyau magnétique du transformateur est déphasé de 90° par rapport au courant dans l'enroulement primaire. La force électromotrice dans l'enroulement secondaire est proportionnelle à la dérivée première du flux magnétique. Pour les signaux sinusoïdaux, la dérivée première du sinus est le cosinus et le déphasage entre le sinus et le cosinus est de 90°. En conséquence, lorsque les enroulements sont allumés en accord, le transformateur décale la phase d'environ 180°. Lorsque les enroulements sont connectés dans des directions opposées, un déphasage supplémentaire de 180° est ajouté et le déphasage total du transformateur est d'environ 360°.
Expérience inactive
Pour tester le transformateur, utilisez le test de circuit ouvert et le test de court-circuit.
Lors du test à vide d'un transformateur, son enroulement secondaire est ouvert et il n'y a pas de courant dans cet enroulement (/2-0).
Si l'enroulement primaire du transformateur est connecté au réseau d'une source d'énergie électrique à courant alternatif, alors le courant à vide I0 circulera dans cet enroulement, ce qui est une petite valeur par rapport au courant nominal du transformateur. Dans les transformateurs de forte puissance, le courant à vide peut atteindre des valeurs de l'ordre de 5 à 10 % courant nominal. Dans les transformateurs de faible puissance, ce courant atteint 25 à 30 % du courant nominal. Le courant à vide I0 crée un flux magnétique dans le circuit magnétique du transformateur. Pour exciter le flux magnétique, le transformateur consomme de la puissance réactive du réseau. Quant à la puissance active consommée par le transformateur pendant le fonctionnement au repos, elle est dépensée pour couvrir les pertes de puissance dans le circuit magnétique causées par l'hystérésis et les courants de Foucault.
Étant donné que la puissance réactive pendant le fonctionnement à vide du transformateur est bien supérieure à la puissance active, son facteur de puissance cos φ est très faible et est généralement égal à 0,2-0,3.
Le plus simple est un dispositif composé d'un noyau en acier et de deux enroulements (Fig. 1). Lorsqu'une tension alternative est fournie à l'enroulement primaire, une force électromotrice de même fréquence est induite dans l'enroulement secondaire. Si vous connectez un récepteur électrique à l'enroulement secondaire, un courant électrique y apparaît et une tension s'établit aux bornes secondaires du transformateur, qui est légèrement inférieure à la FEM et dépend dans une certaine mesure de la charge. Le rapport entre la tension primaire et secondaire (rapport de transformation) est approximativement égal au rapport du nombre de spires des enroulements primaire et secondaire.
Riz. 1. Le principe de conception d'un transformateur monophasé à deux enroulements. 1 enroulement primaire, 2 enroulements secondaires, 3 noyaux. Tension primaire U1, tension secondaire U2, courant primaire I1, courant secondaire I2, flux magnétique F
Les symboles les plus simples des transformateurs sont présentés sur la Fig. 2 ; pour plus de clarté, les différents enroulements du transformateur peuvent être représentés, comme sur la figure Couleurs différentes.
Riz. 2. Symbole transformateur dans les schémas détaillés (multilignes) (a) et dans les schémas de réseau électrique (b)
Les transformateurs peuvent être monophasés ou multiphasés et il peut y avoir plusieurs enroulements secondaires. DANS réseaux électriques On utilise généralement des transformateurs triphasés avec un ou deux enroulements secondaires. Si les tensions primaire et secondaire sont relativement proches l'une de l'autre, alors des autotransformateurs à enroulement unique peuvent être utilisés, dont les schémas de circuit sont présentés sur la Fig. 3.
Riz. 3. Diagrammes schématiques autotransformateurs abaisseurs (a) et élévateurs (b)
Les valeurs nominales les plus importantes d'un transformateur sont ses tensions nominales primaire et secondaire, son courant nominal primaire et secondaire et son secondaire nominal. pleine puissance (puissance nominale). Les transformateurs peuvent être fabriqués à la fois pour des puissances très faibles (par exemple, pour les circuits microélectroniques) et des puissances très élevées (par exemple, pour les systèmes électriques de haute puissance), couvrant une plage de puissance allant de 0,1 mVA à 1 000 MVA.
Pertes d'énergie dans le transformateur - dues à résistance active Dans les enroulements, les pertes de cuivre et d'acier causées par les courants de Foucault et l'hystérésis dans le noyau sont généralement si faibles que le rendement du transformateur est généralement supérieur à 99 %. Malgré cela, la génération de chaleur dans les transformateurs puissants peut être si forte qu'il est nécessaire de recourir à moyens efficaces dissipateur de chaleur. Le plus souvent, la partie active du transformateur est placée dans un réservoir rempli d'huile minérale (de transformateur), qui, si nécessaire, est alimentée en air pulsé ou en refroidissement par eau. D'une puissance allant jusqu'à 10 MVA (parfois plus), on peut également utiliser des transformateurs secs dont les enroulements sont généralement remplis de résine époxy. Les principaux avantages des transformateurs de type sec sont une sécurité incendie plus élevée et l'élimination des fuites d'huile de transformateur, de sorte qu'ils peuvent être installés sans obstacles dans n'importe quelle partie du bâtiment, y compris à n'importe quel étage. Pour mesurer un courant ou une tension variable (en particulier dans le cas de courants et de tensions élevés), des transformateurs de mesure sont souvent utilisés.
La conception d'un transformateur de tension n'est pas différente en principe de celle des transformateurs de puissance, mais il fonctionne dans un mode proche du ralenti ; Le coefficient de transformation dans ce cas est assez constant. La tension secondaire nominale de ces transformateurs est généralement de 100 V. L'enroulement secondaire du transformateur de courant est idéalement court-circuité et le courant secondaire est alors proportionnel au primaire. Le courant secondaire nominal est généralement de 5 A, mais peut parfois être inférieur (par exemple 1 A). Des exemples de symboles de transformateur de courant sont présentés sur la Fig. 4.
Riz. 4. Symbole d'un transformateur de courant dans les schémas développés (a) et dans les schémas unifilaires (b)
Le premier peut être considéré comme l'anneau d'induction fabriqué par Michael Faraday, constitué d'un noyau annulaire en acier et de deux enroulements, à l'aide duquel il découvrit le phénomène d'induction électromagnétique le 29 août 1831 (Fig. 5). Au cours du processus transitoire rapide qui se produit lorsque l'enroulement primaire connecté à une source de courant continu est activé ou désactivé, une impulsion fem est induite dans l'enroulement secondaire. Un tel dispositif peut donc être appelé transformateur d'impulsions ou de transitoires.
Riz. 5. Le principe du transformateur transitoire par Michael Faraday. Courant primaire i1, courant secondaire i2, temps t
Sur la base de la découverte de Faraday, Nicholas Callan (1799-1864), professeur de physique au Margnooth College près de Dublin (Dublin, Irlande), a construit une bobine d'induction (inducteur d'étincelle) en 1836, composée d'un hacheur et d'un transformateur ; ce dispositif a permis de transformer D.C. au courant alternatif haute tension et provoquer de longues décharges d'étincelles. Les bobines d'induction ont commencé à s'améliorer rapidement et ont été largement utilisées dans l'étude des décharges électriques au XIXe siècle. Ceux-ci peuvent également inclure des bobines d'allumage voitures modernes. Le premier transformateur de courant alternatif a été breveté en 1876 par l'ingénieur électricien russe Pavel Yablochkov, qui vivait à Paris, et l'a utilisé dans les circuits d'alimentation de ses lampes à arc. Le noyau du transformateur de Yablochkov était un faisceau droit de fils d'acier, de sorte que le circuit magnétique n'était pas fermé, comme celui de Faraday, mais ouvert, et un tel transformateur n'était pas utilisé dans d'autres installations. En 1885, les ingénieurs électriciens de l'usine Ganz & Co. de Budapest Max Deri (172 1854-1938), Otto Titus Blathy (1860-1939) et Karoly Zipernovsky (1853-1942) fabriquèrent un transformateur avec un noyau de fil toroïdal et en même temps a développé au fil du temps un système de distribution d’énergie à courant alternatif basé sur l’utilisation de ces transformateurs. Un transformateur aux propriétés encore meilleures, dont le noyau était assemblé à partir de tôles d'acier en forme de E et de I, fut créé la même année par l'ingénieur électricien américain William Stanley (1858-1916), après quoi le développement rapide du courant alternatif Les systèmes ont commencé à la fois en Europe et en Amérique. Le premier transformateur triphasé a été construit en 1889 par Mikhaïl Dolivo-Dobrovolsky.