TRANSFORMATEURS D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Le transformateur monophasé

Le transformateur monophasé est essentiellement constitué d'un circuit magnétique en tôles de fer muni de deux bobines B₁ et B₂ comportant respectivement n₁ et n₂ spires. La bobine B₁ alimentée par une source de tension alternative S_a est traversée par un courant alternatif i₁ qui crée dans le circuit magnétique un flux variable. Celui-ci engendre dans la bobine B₂ une force électromotrice (f.é.m.) induite dont la fréquence est celle de la source S_a, et qui peut être utilisée pour alimenter un récepteur d'impédance Z̄. Ainsi, par induction mutuelle, une fraction de la puissance alternative fournie par la source S_a au circuit B₁ (primaire) est transférée au circuit constitué de Z̄ et de B₂ (secondaire).

Théoriquement, rien ne s'oppose à ce que chaque bobine, B₁ ou B₂, joue indifféremment le rôle de primaire ou de secondaire. Pratiquement, des problèmes d'isolement et de sécurité conduisent souvent à imposer à chacun de ces deux circuits un rôle défini.

Soit, en notations complexes, V̄₁ la tension appliquée aux bornes de B₁ (la valeur instantanée étant v₁ = V₁ √2 cos ωt ) ; V̄₂ la tension recueillie aux bornes de B₂ ; R₁ et R₂ les résistances respectives des deux enroulements ; Φ−₁ et Φ−₂ les flux dans ces deux enroulements ; m = (n₂/n₁) le « rapport de transformation » (par définition).

Les conventions de signes étant précisées sur la figure, le flux variable Φ−₁ induit dans le primaire une f.é.m. égale à − jn₁ωΦ−₁. L'application de la loi d'Ohm aux bornes de cet élément conduit à :

De même Φ−₂ induit dans le secondaire une f.é.m. égale à − jn₂ωΦ−₂, et les équations électriques relatives à ce circuit s'écrivent :

Le problème qui se pose généralement est le suivant : on se donne un régime secondaire V̄₂, I−₂ (soit V₂, I₂ et le déphasage ϕ₂ de I−₂ sur V̄₂), c'est-à-dire un état de charge du transformateur. Quel est le régime primaire V̄₁, I−₁ (V₁, I₁, ϕ₁) correspondant ?

Ce problème est résolu de façon plus ou moins précise selon la nature des approximations que l'on introduit.