Transformateur à l'huile

Comment fonctionnent les transformateurs: une introduction à leurs principes de fonctionnement

Les transformateurs sont des composants essentiels dans les systèmes électriques modernes, jouant un rôle essentiel dans la transmission et la distribution de l'énergie électrique. Ils fonctionnent sur les principes de l'induction électromagnétique, permettant le transfert efficace d'énergie entre les circuits sans connexion électrique directe. Vous trouverez ci-dessous une explication du fonctionnement des transformateurs.

1. Structure de base d'un transformateur

Un transformateur se compose de trois composants principaux:

• Bobine primaire (enroulement):La bobine d'entrée où le courant alternatif (AC) est appliqué.

• Bobine secondaire (enroulement):La bobine de sortie où la tension transformée est obtenue.

• Core magnétique:Généralement en fer ou ferrite laminé, le noyau fournit un chemin pour le flux magnétique et relie les bobines primaires et secondaires.

2. Principe de fonctionnement: induction électromagnétique

Les transformateurs s'appuient sur la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, qui indique qu'un champ magnétique changeant dans une bobine de fil induit une tension à travers la bobine. Voici comment cela fonctionne:

1. Lorsqu'un courant alternatif (AC) passe à travers lebobine primaire, il génère un champ magnétique en constante évolution autour de la bobine.

2. Ce champ magnétique est concentré et guidé par lenoyau magnétique, qui relie les bobines primaires et secondaires.

3. Le champ magnétique changeant induit une tension dans lebobine secondaireen raison de l'induction électromagnétique.

4. La tension induite dans la bobine secondaire dépend du rapport du nombre de virages dans les bobines primaires et secondaires.

3. Transformation de tension

La fonction clé d'un transformateur est d'intensifier (augmenter) ou de descendre les niveaux de tension (diminuer). Ceci est déterminé par leRatio de virages, qui est le rapport du nombre de virages dans la bobine primaire (n₁) au nombre de virages dans la bobine secondaire (n₂):

• Transformateur Step-Up:Si n₂> n₁, la tension de sortie est supérieure à la tension d'entrée.

• Transformateur interdit:Si n₂ <n₁, la tension de sortie est inférieure à la tension d'entrée.

La relation entre la tension d'entrée (V₁), la tension de sortie (V₂) et le rapport de virage est donnée par:

$$\frac{{�}_1}{{�}_2}=\frac{{�}_1}{{�}_2}$$

4. Conservation de l'énergie

Les transformateurs opèrent sur le principe de la conservation de l'énergie. Idéalement, l'entrée d'alimentation (P₁) à la bobine primaire est égale à la puissance de sortie (P₂) de la bobine secondaire:

$${�}_1={�}_2$$

Étant donné que la puissance est le produit de la tension et du courant (P = V × I), le courant dans les bobines s'ajuste inversement avec la tension:

$$\frac{{�}_1}{{�}_2}=\frac{{�}_2}{{�}_1}$$

Cela signifie qu'un transformateur Step-Up augmente la tension mais diminue le courant, tandis qu'un transformateur supprimé diminue la tension mais augmente le courant.

5. Applications des transformateurs

Les transformateurs sont largement utilisés dans:

• Transmission de puissance:Les transformateurs Step-Up augmentent la tension pour une transmission efficace à longue distance, tandis que les transformateurs basses réduisent la tension pour une utilisation sûre dans les maisons et les industries.

• Électronique:Les petits transformateurs sont utilisés dans les adaptateurs de puissance et les chargeurs pour convertir la CA à haute tension en DC basse tension.

• Isolement:Les transformateurs fournissent une isolement électrique entre les circuits, améliorant la sécurité et réduisant le bruit.

6. Efficacité et pertes

Bien que les transformateurs soient très efficaces, ils ne sont pas parfaits. Les pertes d'énergie se produisent en raison de:

• Pertes résistives:Chaleur générée en raison de la résistance des bobines.

• Pertes de base:L'énergie a perdu comme chaleur dans le noyau magnétique en raison de l'hystérésis et des courants de Foucault.

• Flux de fuite:Flux magnétique qui ne relie pas les deux bobines, réduisant l'efficacité.

Les transformateurs modernes sont conçus avec des matériaux de haute qualité et des systèmes de refroidissement pour minimiser ces pertes.

Conclusion

Les transformateurs sont des dispositifs indispensables en génie électrique, permettant la transmission et la distribution efficaces de l'énergie électrique. En tirant parti des principes de l'induction électromagnétique, ils facilitent la transformation de la tension tout en conservant l'énergie. Leur polyvalence et leur fiabilité en font une pierre angulaire des systèmes d'alimentation et des appareils électroniques.