Que sont les transformateurs AC à CC ?

Guide du transformateur CA-CC

Transformateur

Figure 1 : Transformateur

Un courant alternatif (CA) change périodiquement de direction et fournit généralement l'énergie nécessaire au fonctionnement des appareils ménagers et des 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 constante à 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, un transformateur de courant alternatif en courant continu est nécessaire.

Table des matières

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 alternatif à un autre. Un transformateur peut augmenter (augmenter) ou diminuer (diminuer) la tension alternative et utiliser 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 comporte un enroulement primaire (figure 2, repérée A), un enroulement secondaire (figure 2, repérée B) et un noyau magnétique (figure 2, repérée C). Lorsqu'une tension alternative est appliquée à l'enroulement primaire, un courant passe dans l'enroulement, créant un flux magnétique. Le flux traverse le noyau magnétique et atteint l'enroulement secondaire, initiant 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.

Enroulements de transformateur (A et B) sur un noyau magnétique (C)

Figure 2 : Enroulements de transformateur (A et B) sur un noyau magnétique (C)

Un transformateur de courant alternatif en courant continu est le transformateur connecté à un circuit de rectification du courant alternatif. Un circuit redresseur convertit la tension alternative en tension continue après qu'un transformateur a abaissé ou augmenté la tension alternative. La plupart des appareils - y compris les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables - fonctionnent en courant continu (CC) ; les circuits de rectification sont donc essentiels.

Conception d'un transformateur de courant alternatif en courant continu

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 de 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 affectent de manière significative la charge nominale du courant. L'indice de charge en courant est le courant maximal qu'un transformateur peut fournir à une température spécifique. La taille et le matériau corrects permettront au transformateur de convertir une énergie fiable dans 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 redressement. Le type de circuit de redressement dictera la conception d'un transformateur de courant alternatif en courant continu. Il existe deux types de circuits redresseurs : le redressement demi-onde et le redressement pleine onde.

Redressement demi-onde

La forme la plus simple d'un redresseur est le redresseur 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 à côté des transformateurs pour produire la tension continue requise.

Les redresseurs demi-onde n'utilisent qu'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) est connectée 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 initiant le passage du 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 circule dans 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.

Sur la sortie secondaire, un condensateur (figure 3, marqué C) moule la forme d'onde à la tension continue requise. Le lissage de la forme d'onde variable est le principal défi de l'utilisation des redresseurs demi-onde. Lisez notre article sur les transformateurs électriques pour plus d'informations sur le fonctionnement des circuits redresseurs.

Circuit redresseur demi-onde

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, la perte de puissance, la faible tension de sortie et les ondulations de la tension de sortie sont courantes dans les redresseurs demi-onde.

Redressement pleine onde

Les redresseurs pleine onde sont la meilleure option pour convertir une tension alternative en tension continue. Un redresseur pleine onde convertit les deux moitiés d'un signal alternatif en un signal continu. Contrairement aux redresseurs demi-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 en pont pleine onde. Le redresseur pleine onde à prise centrale comporte trois composants : un transformateur, deux diodes et une charge résistive. La principale caractéristique 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 dans le sens direct, créant un cycle positif aux bornes de 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 dans le sens direct, créant un cycle positif aux bornes de la charge capacitive.

Redresseur pleine onde à prise centrale

Figure 4 : Redresseur pleine onde à prise centrale

D'autre part, les ponts redresseurs 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 dans le sens direct tandis que D1 et D4 sont polarisées dans le sens inverse (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 sont conductrices, tandis que D2 et D3 restent à l'état OFF, créant une tension de sortie à 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 le double de celui d'un redresseur demi-onde.

Pont redresseur pleine onde

Figure 5 : Pont redresseur pleine onde

La plupart des appareils utilisent des redresseurs pleine onde, notamment les téléphones, les téléviseurs, les radios, les ordinateurs portables, etc. Les redresseurs pleine onde ont un taux d'efficacité de 81,2 %, tandis que les redresseurs demi-onde n'ont qu'une efficacité de 40,6 %. Cependant, la construction de redresseurs à pleine onde est plus coûteuse en raison des multiples diodes nécessaires.

Comment choisir un transformateur

Lorsque vous choisissez un transformateur, évaluez 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 répond à vos besoins.

  • Le transformateur a-t-il une capacité suffisante pour gérer la taille de la charge que vous prévoyez ?
  • Quelle est la durabilité du transformateur ?
  • La capacité de charge peut-elle être augmentée pour accueillir une charge plus importante ?
  • Le coût du transformateur correspond-il à votre budget ?

Facteurs à prendre en compte lors du choix d'un transformateur

Exigences 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 des tours de l'enroulement secondaire.

Configurations de montage

Les choix courants de montage 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 excellentes options de montage. Le fait de connaître la disposition et la méthode (verticale, horizontale ou plate) vous aidera à envisager les options de montage.

Limitation de l'espace

Précisez toujours les limites de taille lors du choix d'un transformateur. Définissez la hauteur, la longueur et la largeur du transformateur nécessaire pour une application particulière. Les spécifications de taille sont essentielles pour vous assurer que vous ne manquerez pas d'espace.

Applications des transformateurs de courant alternatif en courant continu

  • Les appareils ménagers comme les machines à laver sont utilisés comme circuits d'alimentation.
  • Les appareils que nous utilisons quotidiennement, comme les chargeurs de téléphone portable, utilisent des transformateurs de courant alternatif en courant continu pour fonctionner.
  • Les réfrigérateurs, les téléviseurs, les cuisinières électriques, etc. sont d'autres appareils domestiques qui nécessitent des transformateurs de courant alternatif en courant continu.
  • Le secteur médical fait également appel à 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 sortie de la tension continue. La fluctuation de la tension de sortie fait qu'il est risqué de connecter des appareils directement d'un transformateur de courant alternatif à un transformateur de courant continu.
  • Les transformateurs de courant alternatif en courant continu gaspillent de l'énergie en libérant beaucoup d'énergie thermique. Ce gaspillage contribue au coût élevé de l'installation et de la maintenance d'un transformateur de courant alternatif en courant continu.
  • Les transformateurs de courant alternatif en courant continu prennent beaucoup de place.

FAQs

Comment choisir le bon transformateur ?

Les appareils ménagers ont des étiquettes contenant des détails sur les watts ou les ampères dont ils ont besoin. Vérifiez les détails des machines.

Que signifie un transformateur élévateur ou abaisseur ?

Les transformateurs élévateurs augmentent la tension et les transformateurs abaisseurs la diminuent du côté secondaire par rapport au côté primaire. Le principe de l'induction électromagnétique est appliqué à l'élévation ou à l'abaissement de la tension.