Les transformateurs – indispensables au transport de l’électricité

Les transformateurs sont présents dans de nombreux domaines de notre vie quotidienne et ils sont essentiels pour le transfert de l’énergie électrique d’un réseau à l’autre. Mais qu’est-ce qu’un transformateur exactement, et comment fonctionne-t-il ?

Qu’est-ce qu’un transformateur ?

Le transformateur est un composant électrotechnique, composé généralement de deux ou plusieurs bobines d’enroulement et d’un noyau de connexion. Comme son nom l’indique, le transformateur, également appelé transformateur de tension, transforme la tension d’entrée en la tension souhaitée et la délivre. Les transformateurs sont souvent utilisés pour des machines qui, par exemple, en raison du pays de production, disposent d’une tension d’alimentation différente de celle du réseau local.

Comment fonctionne un transformateur ?

Lorsqu’une tension alternative est appliquée à la bobine primaire, celle-ci génère un champ magnétique qui est transmis au noyau du transformateur. Le flux magnétique alternatif induit à son tour une tension sur le côté secondaire du transformateur (loi d’induction). Le rapport entre la tension d’entrée et la tension de sortie correspond au rapport entre les nombres de spires des deux bobines. Exemple : avec un rapport de 1 : 2, une tension d’entrée de 230 volts est transformée en une tension de sortie de 115 volts. Selon la conception du transformateur, la tension de sortie peut donc être inférieure, supérieure ou égale à la tension d’entrée. La puissance nominale est une valeur importante pour le calcul d’un transformateur.

Qui a inventé le convertisseur de tension ?

Le transformateur a été inventé en 1875 par Pavel Nikolaïevitch Yablotchkov, qui cherchait à développer une version améliorée de la lampe à arc au charbon. Pour le faire fonctionner, il utilisait une bobine d’induction qui, dans son principe, ressemblait déjà à un transformateur. Mais comme il ne s’intéressa plus à ces appareils, ce n’est qu’en 1882 que le premier brevet pour des transformateurs fut accordé aux deux inventeurs Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs. En 1885, le premier transformateur tel que nous le connaissons aujourd’hui a été breveté par les trois Hongrois Károly Zipernowsky, Miksa Déri et Ottó Titusz Bláthy. L’entreprise Ganz & Cie de Budapest a par la suite distribué ce transformateur dans le monde entier.

Et les applications des transformateurs ?

On utilise les transformateurs dans de nombreux domaines, par exemple, dans les réseaux électriques, les moteurs électriques, les installations et les appareils électriques. Les transformateurs sont également utilisés pour limiter les courants d'appel et la tension à vide.
Les transformateurs servent souvent à convertir la tension dans les installations d’alimentation en énergie. Mais les transformateurs sont également installés dans presque tous les appareils électriques et électroniques pour alimenter les très basses tensions. Le transformateur se retrouve ainsi dans de nombreux appareils ménagers comme la radio, l’éclairage ou encore l’ordinateur. 
La puissance nécessaire des transformateurs est très variable et va de quelques VA à plusieurs KVA, voire plusieurs MVA dans le domaine de la moyenne tension. Vous êtes à la recherche d’un transformateur avec des caractéristiques spécifiques ou avec des fonctions diverses supplémentaires ? Chez EHS Switzerland SA, vous pouvez configurer et commander votre transformateur sur mesure.

Comment calculer la tension à vide d’un transformateur ?

La tension à vide (également appelée No-Load Voltage) d’un transformateur se calcule à l’aide de la formule suivante :

Tension à vide (V) = rapport de tension (Vp/Vs) x tension primaire (Vp)

Le rapport de tension (Vp/Vs) est le rapport des tensions entre l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire du transformateur. Vous trouverez ce rapport, soit sur le transformateur, soit dans les documents techniques. La tension primaire (Vp) est la tension appliquée à l’enroulement primaire du transformateur.

Exemple :

Supposons que le rapport de tension du transformateur soit de 10 : 1 et, que la tension primaire soit de 230V. 
La tension à vide se calcule alors comme suit :

Tension à vide = (10 : 1) x 230V = 2300V

Veuillez noter que la tension à vide représente uniquement la tension sans charge et, que la tension réelle appliquée à l’enroulement secondaire du transformateur est susceptible de varier en fonction de la charge et d’autres facteurs.

Comment calculer la puissance apparente d’un transformateur ?

La puissance apparente est la puissance active fournie au dispositif consommateur, y compris la puissance réactive non utilisable. Dans le cas d’un transformateur, la puissance apparente indique le courant de sortie possible par rapport à la tension de sortie.

La puissance apparente de transformateurs triphasés se calcule comme suit :

S = U * I * √3
S:    puissance apparente
U:    tension de sortie du transformateur
I:      courant du transformateur
√3:   facteur de chaînage de la tension triphasée

Pour calculer la puissance apparente nécessaire, basez-vous toujours sur la tension de sortie du transformateur.

Quelle est la différence entre un transformateur chargé et un transformateur non chargé ?

Un transformateur est chargé lorsque le circuit secondaire est fermé ou qu’un dispositif consommateur a été connecté. Il peut s’agir par exemple d’une lampe ou d’une installation de production complète. A partir de ce moment, le transformateur de tension fournit de l’énergie électrique au dispositif consommateur. 
Si le circuit secondaire est ouvert, par exemple parce qu’aucun dispositif consommateur n’est raccordé ou qu’un interrupteur est ouvert, il n’est pas chargé car il ne fournit pas d’énergie.

Types de transformateurs

Il existe essentiellement deux types de transformateurs : les transformateurs d'isolement et les autotransformateurs.
Les transformateurs d’isolement ont des bobines d’enroulement séparées les unes des autres. Ainsi, les bobines d’entrée et de sortie n’ont pas de connexion électrique,
-> le circuit secondaire est galvaniquement séparé du circuit primaire.
Les autotransformateurs ne disposent que d’une bobine, la borne primaire et la borne secondaire et, sont donc électriquement reliés. Ces transformateurs se prêtent particulièrement bien aux adaptations de tension, car la taille ne doit être conçue qu’en fonction de la différence de tension entre le raccordement primaire et le raccordement secondaire et non pour la puissance complète du dispositif consommateur.
Ces transformateurs ne sont pas adaptés à la séparation galvanique du réseau secondaire.

Que se passe-t-il lorsque le transformateur est en surcharge ?

Si le transformateur reste trop longtemps en surcharge, il surchauffe. L’isolation des fils de la bobine peut alors « griller » et des courts-circuits sont susceptibles de se produire,
 -> le transformateur s’abîme.              
Pour protéger le transformateur de toute surcharge, il faut le sécuriser, côté entrée, par un dispositif de protection de transformateurs. De plus, il est également possible d’installer des interrupteurs de température dans les bobines d’enroulement.

Comment se rendre compte qu’un transformateur est défectueux ?

Tout d’abord, il faut couper le transformateur du réseau secondaire. Mesurez ensuite les tensions d’entrée et de sortie à l’aide d’un multimètre. Si les résultats correspondent aux indications de la plaque signalétique, le transformateur fonctionne correctement. 
Si aucune tension n’est présente à l’entrée ou à la sortie, il faut enclencher le fusible. 😉

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