Guide des transformateurs CA/CC
Figure 1 : Transformateur
Le courant alternatif (CA) change périodiquement de direction et alimente généralement les appareils ménagers et les équipements industriels. Il est efficace pour la transmission sur de longues distances et ce courant ne contribue pas à la perte de tension. Cependant, le courant alternatif ne fournit pas une alimentation électrique constante pour la plupart des appareils électroniques. Il est donc nécessaire de convertir le courant alternatif (CA) en courant continu (CC). Pour convertir la tension alternative en tension continue, il faut un transformateur de courant alternatif en courant continu.
Table des matières
- Qu'est-ce qu'un transformateur de courant alternatif en courant continu ?
- Conception d'un transformateur CA/CC
- Redressement à demi-onde
- Redressement pleine onde
- Comment choisir un transformateur
- Facteurs à prendre en compte lors du choix d'un transformateur
- Applications des transformateurs de courant alternatif en courant continu
- Limites des transformateurs de courant alternatif en courant continu
- FAQ
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Qu'est-ce qu'un transformateur de courant alternatif en courant continu ?
Un transformateur est un dispositif utilisé pour transférer l'énergie électrique d'un circuit CA à un autre. Un transformateur peut augmenter (élévation) ou diminuer (abaissement) la tension alternative et utilise le principe de l'induction électromagnétique pour diminuer ou augmenter la tension alternative. Les transformateurs sont largement utilisés sur les appareils à basse tension tels que les sonnettes de porte pour réduire la puissance des circuits.
Un transformateur est composé d'un enroulement primaire (Figure 2, A), d'un enroulement secondaire (Figure 2, B) et d'un noyau magnétique (Figure 2, C). Lorsqu'une tension alternative est appliquée à l'enroulement primaire, le courant passe à travers l'enroulement et crée un flux magnétique. Le flux traverse le noyau magnétique et atteint l'enroulement secondaire, ce qui déclenche un courant dans le côté secondaire. L'enroulement secondaire peut augmenter ou réduire la tension par rapport à celle du côté primaire, en fonction du rapport des tours.
Figure 2 : Enroulements du transformateur (A et B) sur un noyau magnétique (C)
Un transformateur de courant alternatif en courant continu est un transformateur connecté à un circuit de rectification de courant alternatif. Un circuit de redressement convertit la tension alternative en tension continue après qu'un transformateur ait abaissé ou élevé la tension alternative. La plupart des appareils - y compris les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables - fonctionnent en courant continu (CC), d'où l'importance des circuits de rectification.
Conception d'un transformateur CA/CC
Le choix du bon rapport de transformation est la première étape de la conception d'un transformateur CA/CC. Pour calculer le rapport des tours, divisez le nombre de tours de l'enroulement secondaire par le nombre de tours de l'enroulement primaire. Le rapport de tension et le rapport des tours ont une relation significative.
tours primaires/tours secondaires = tension primaire/tension secondaire
Les propriétés du transformateur, telles que la taille et le matériau, doivent également être prises en compte. La taille et le matériau d'un transformateur influencent considérablement la charge nominale. Le courant nominal est le courant maximal qu'un transformateur peut fournir à une température donnée. La taille et le matériau appropriés garantissent que le transformateur peut convertir une énergie fiable en un circuit. Lisez notre article sur le dimensionnement et le calculateur de transformateur pour en savoir plus sur les relations de courant et de puissance dans un transformateur.
La conception d'un transformateur de courant alternatif en courant continu dépend fortement du circuit de rectification. Le type de circuit de redressement dictera la conception d'un transformateur de courant alternatif en courant continu. Il existe deux types de circuits de redressement : le redressement à demi-onde et le redressement à onde pleine.
Redressement à demi-onde
La forme la plus simple d'un redresseur est le redresseur à demi-onde. La construction d'un redresseur demi-onde est simple et ne comporte que trois composants : une diode, un transformateur et une charge résistive. Les redresseurs demi-onde sont utilisés avec les transformateurs pour produire la tension continue requise.
Les redresseurs demi-onde utilisent une seule diode pour transformer la tension alternative (Figure 3 étiquetée A) en tension continue au niveau de la résistance de charge (Figure 3 étiquetée R). La diode unique (Figure 3 étiquetée D) se connecte en série avec l'enroulement secondaire du transformateur (Figure 3 étiquetée B).
La diode devient polarisée vers l'avant (état ON) et conduit le courant, ce qui déclenche le flux de courant à travers la résistance de charge. Une diode permet au courant de circuler dans un seul sens. Pendant le cycle négatif de la tension d'entrée, une tension négative correspondante est induite dans le côté secondaire, et la diode ne conduit pas. Par conséquent, aucun courant ne traverse la résistance de sortie pendant le cycle négatif de la tension d'entrée, car la diode se comporte comme un circuit ouvert. Par conséquent, la sortie ne donne que des cycles positifs alternés.
À travers la sortie secondaire, un condensateur (Figure 3 étiqueté C) moule la forme d'onde à la tension continue requise. Le lissage de la forme d'onde variable est le principal défi que pose l'utilisation de redresseurs à demi-onde. Lisez notre article sur les transformateurs électriques pour plus d'informations sur le fonctionnement des circuits redresseurs.
Figure 3 : Circuit redresseur demi-onde
Les redresseurs demi-onde ont diverses applications, notamment les suivantes :
- Démodulation du signal : Le processus de démodulation permet de récupérer un signal original.
- Rectification de la puissance : Les redresseurs demi-onde peuvent aider à convertir le courant alternatif en courant continu.
- Détecteur de crête de signal : La valeur de crête d'une forme d'onde peut être détectée à l'aide d'un simple détecteur de demi-onde.
Cependant, les redresseurs à demi-onde entraînent souvent une perte de puissance, une faible tension de sortie et des ondulations dans la tension de sortie.
Redressement pleine onde
Les redresseurs pleine onde sont la meilleure option pour convertir la tension alternative en tension continue. Un redresseur pleine onde convertit les deux moitiés d'un signal alternatif en un signal continu. Contrairement aux redresseurs semi-onde, le redresseur pleine onde utilise plusieurs diodes.
Les redresseurs pleine onde sont de deux types : les redresseurs pleine onde à prise centrale et les redresseurs pleine onde à pont. Le redresseur à onde pleine à prise centrale comporte trois composants : un transformateur, deux diodes et une charge résistive. La caractéristique principale d'un redresseur à prise centrale est qu'il possède un fil connecté au centre de l'enroulement secondaire, comme le montre la figure 4. Pendant le demi-cycle positif de la forme d'onde d'entrée, la diode D1 est polarisée vers l'avant, ce qui crée un cycle positif à travers la charge capacitive. Le condensateur est utilisé pour lisser la forme d'onde de sortie pulsée. Pendant le demi-cycle négatif de la forme d'onde d'entrée, la diode D2 est polarisée vers l'avant, ce qui crée un cycle positif à travers la charge capacitive.
Figure 4 : Redresseur à onde pleine à prise centrale
D'autre part, les redresseurs en pont pleine onde comportent quatre diodes et une charge résistive. Pendant le demi-cycle positif de la tension d'entrée, les diodes D2 et D3 sont polarisées vers l'avant tandis que D1 et D4 sont polarisées vers l'arrière (état OFF) ; les diodes D2 et D3 conduisent donc le signal d'entrée vers la sortie. Pendant le demi-cycle négatif de la tension d'entrée, les diodes D1 et D4 fonctionnent, tandis que D2 et D3 restent à l'état OFF, créant ainsi une tension de sortie au niveau de la charge. Dans un redresseur pleine onde, la tension de sortie est produite à la fois pendant les cycles positifs et les demi-cycles de la tension d'entrée, contrairement à un redresseur demi-onde. Par conséquent, le rendement d'un redresseur pleine onde est deux fois supérieur à celui d'un redresseur demi-onde.
Figure 5 : Pont redresseur pleine onde
La plupart des appareils utilisent des redresseurs à ondes pleines, notamment les téléphones, les téléviseurs, les radios, les ordinateurs portables, etc. Les redresseurs pleine onde ont un rendement de 81,2 %, alors que les redresseurs demi-onde n'ont qu'un rendement de 40,6 %. Cependant, la construction de redresseurs à onde pleine est plus coûteuse en raison des multiples diodes nécessaires.
Comment choisir un transformateur
Lors du choix d'un transformateur, il convient d'évaluer des facteurs tels que la charge et l'application. Un examen approfondi de la conception est nécessaire pour s'assurer que le transformateur répond à vos besoins. Voici des questions qui vous aideront à trouver un transformateur qui réponde à vos besoins.
- Le transformateur a-t-il une capacité suffisante pour supporter la charge prévue ?
- Quelle est la durée de vie du transformateur ?
- La capacité de charge peut-elle être augmentée ?
- Le coût du transformateur correspond-il à votre budget ?
Facteurs à prendre en compte lors du choix d'un transformateur
Exigences en matière de sécurité
La sécurité doit être la priorité absolue. Vérifiez toujours les détails pour vous assurer que le transformateur ne peut nuire à personne. En outre, le transformateur doit être certifié par un organisme de sécurité.
Tension d'entrée et de sortie
La tension d'entrée et de sortie détermine le transformateur utilisé. Le nombre de tours de l'enroulement primaire détermine la tension d'entrée. La tension de sortie dépend du nombre de tours de l'enroulement secondaire.
Configurations de montage
Les options de montage les plus courantes sont le montage sur châssis (installé à l'intérieur de boîtiers industriels) et le montage sur PC (fixé au châssis). Il existe également d'autres options de montage intéressantes. La connaissance de la disposition et de la méthode (verticale, horizontale ou plate) vous aidera à envisager les options de montage.
Limites d'espace
Lors du choix d'un transformateur, il faut toujours préciser les limites de taille. Définir la hauteur, la longueur et la largeur du transformateur nécessaire pour une application particulière. Les spécifications de taille sont essentielles pour garantir que vous ne manquerez pas d'espace.
Applications des transformateurs de courant alternatif en courant continu
- Les appareils ménagers tels que les machines à laver sont utilisés comme circuits d'alimentation.
- Les appareils que nous utilisons quotidiennement, tels que les chargeurs de téléphones portables, fonctionnent grâce à des transformateurs de courant alternatif en courant continu.
- Les réfrigérateurs, les téléviseurs, les cuisinières électriques, etc. sont d'autres appareils domestiques qui nécessitent des transformateurs CA/CC.
- Le secteur médical utilise également des transformateurs de courant alternatif en courant continu pour faire fonctionner certains équipements.
- Les transformateurs de courant alternatif en courant continu sont très utilisés dans les processus d'automatisation.
Limites des transformateurs de courant alternatif en courant continu
Malgré les nombreuses applications des transformateurs de courant alternatif en courant continu, leur utilisation pose des problèmes. Il s'agit notamment des éléments suivants :
- La variation de la tension de sortie en courant continu. La fluctuation de la tension de sortie fait qu'il est risqué de connecter des appareils directement d'un transformateur CA à un transformateur CC.
- Les transformateurs de courant alternatif en courant continu gaspillent de l'énergie en dégageant beaucoup de chaleur. Ce gaspillage contribue au coût élevé de l'installation et de l'entretien d'un transformateur de courant alternatif en courant continu.
- Les transformateurs de courant alternatif en courant continu prennent beaucoup de place.
FAQ
Comment choisir le bon transformateur ?
Les appareils électroménagers portent des étiquettes indiquant la puissance en watts ou en ampères dont ils ont besoin. Vérifiez les détails des machines.
Qu'entend-on par transformateur élévateur ou abaisseur de tension ?
Les transformateurs élévateurs augmentent la tension et les transformateurs abaisseurs diminuent la tension du côté secondaire par rapport au côté primaire. Le principe de l'induction électromagnétique est appliqué à l'élévation ou à la réduction de la tension.
