Préparation au certificat d'opérateur du service amateur/Les transformateurs

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Les transformateurs sont des composants permettant de modifier les valeurs de tension et d'intensité d'un courant délivrées par une source d'énergie électrique alternative, en des tension et courant de valeurs différentes, mais de même fréquence. Les transformateurs fonctionnent grâce à l'effet de l'induction, prévu dans la théorie de l'électromagnétisme, que nous allons introduire.

Savoirs fondamentaux du chapitre (Arrêté du 21 septembre 2000)

  1. Champ électrique :
Intensité du champ électrique ;
L'unité ;
Blindage contre les champs électriques.
  1. Champ magnétique :
Champ magnétique entourant un conducteur ;
Blindage contre les champs magnétiques.
Transformateur idéal [Pprim = Psec]
La relation entre le rapport du nombre de spires et
Le rapport des tensions : Usec / Uprim = Nsec / Nprim
Le rapport des courants : Isec / Iprim = Nprim / Nsec
Le rapport des impédances (aspect qualitatif uniquement)
Les transformateurs.

Champ électromagnétique[modifier | modifier le wikicode]

Souvenez-vous de votre tendre jeunesse d'apprenti radioamateur. Dans les premiers chapitres, nous avions introduit la notion d'onde radioélectrique, en expliquant que « les ondes électromagnétiques sont des ondes associant, dans leur propagation, un champ électrique à un champ magnétique ». Nous vous proposons d'aller un peu plus avant dans cette définition.

Expliquons d'abord le concept de champ. Le principe est de représenter, en tout point de l'espace, la force qui y existe. Prenons par exemple une carte météorologique des vents. En tout point de la carte, il y a une flèche représentant le vent qui, en cet endroit, est présent. De la même façon, on peut définir le champ électrique comme la force électrique en tout point, on encore le champ magnétique comme la force magnétique en tout point[1].

Propagation dans l'espace d'une onde électromagnétique.
Champ magnétique créé par un conducteur.

Le champ électromagnétique est une superposition de deux champs, à savoir :

  • le champ électrique, qui est créé en présence de particules chargées, mesuré en volt par mètre. Le champ électrique varie selon la tension électrique et diverge des sources ;
  • le champ magnétique, qui est créé lors du déplacement de particules chargées, mesuré en tesla (T). Le champ magnétique varie selon l'intensité électrique et « s'enroule » autour des sources.

Toutes les ondes électromagnétiques adoptent la même structure ; les champs électriques et magnétiques sont en phases mais ne se propagent pas dans le même plan : ils forment un angle de 90°.

Un cas particulier du champ magnétique est à connaître pour l'examen, il s'agit du champ magnétique créé par un conducteur (un câble) linéaire. Le champ s'enroule autour du fil selon la figure ci-contre.

Il est possible de se protéger des champs électromagnétiques grâce à un blindage, le blindage agissant comme une « barrière » pour ces champs. Il doit être faite d'un matériau conducteur électrique. Les blindages sont principalement utilisés pour protéger des équipements électroniques des parasites électriques et des radiofréquences.

Principe du transformateur[modifier | modifier le wikicode]

Un champ magnétique capable de transporter de l'énergie, c'est bien ; mais être capable de récupérer cette énergie, c'est encore mieux, et là est le principe du transformateur — souvenez-vous du principe d'induction que nous avons étudié dans le chapitre consacré aux bobines. Schématiquement, on peut représenter un transformateur comme deux bobines côtes à côtes ; l'une, dite primaire, est alimentée électriquement et créé un champ magnétique qui est « capté » par effet d'induction par la deuxième, dite secondaire, où elle est reconvertie en courant électrique de même fréquence mais d'intensité et de tension différentes[2].

Définition

On définit le rapport de transformation, noté ou , comme .

Lors de l'examen, il ne sera considéré que des transformateurs parfaits, c'est-à-dire dont le rendement est de 100 %, c'est-à-dire encore que toute la puissance consommée au primaire est transmise au secondaire. Les formules suivantes sont à connaître parfaitement.


Transformation d'impédance :

Exercices[modifier | modifier le wikicode]

Notes[modifier | modifier le wikicode]

  1. La notion de champ n'est pas indispensable à l'examen.
  2. On rappelle que l'effet d'induction ne peut avoir lieu qu'en présence d'un courant alternatif au primaire ! Si le courant est continu, il n'y a pas d'induction et dans ce cas le courant au secondaire est nul.