Transformateurs monophasés : comment fonctionnent-ils ?

Transformateurs monophasés

Transformateur monophasé

Figure 1 : Transformateur monophasé

Un transformateur est un composant passif qui transfère l'énergie électrique d'un circuit à un ou plusieurs autres circuits. Les transformateurs monophasés peuvent soit augmenter (augmenter) soit diminuer (réduire) la tension alternative. Les transformateurs ont un large éventail d'utilisations et peuvent être classés en fonction de leurs utilisations. Cet article traite de la définition, de la construction, des avantages, des inconvénients et des applications des transformateurs mono-[hase].

Table des matières

Types de transformateurs en fonction du réseau électrique

Selon le réseau électrique utilisé, les transformateurs sont classés en deux catégories ;

  • Transformateurs monophasés
  • Transformateurs triphasés

Un transformateur monophasé (figure 2 étiquetée A) fonctionne sur une alimentation monophasée et contient un seul enroulement sur les côtés primaire et secondaire. Un transformateur triphasé (figure 2 étiquetée B) fonctionne sur une alimentation triphasée, et les enroulements primaires et secondaires comportent trois jeux d'enroulements. Lisez notre article sur les transformateurs triphasés pour plus de détails sur la construction et les schémas de câblage d'un transformateur triphasé.

Dans la plupart des cas, les transformateurs monophasés prennent moins de place que les autres transformateurs. Il est également plus facile de transporter des transformateurs monophasés que des transformateurs triphasés. Cependant, l'utilisation d'un transformateur triphasé est plus efficace que celle de trois transformateurs monophasés.

Transformateurs monophasés (gauche) avec enroulements primaires (A) et secondaires (B) et noyau magnétique (C)

Figure 2 : Transformateurs monophasés (à gauche) avec les enroulements primaire (A) et secondaire (B) et le noyau magnétique (C)

Différences entre les transformateurs monophasés et triphasés

  • Dans un transformateur monophasé, l'alimentation se fait par un seul conducteur, tandis que dans les transformateurs triphasés, l'alimentation se fait par trois conducteurs.
  • Un transformateur monophasé nécessite deux fils pour compléter le circuit, tandis qu'un transformateur triphasé nécessite quatre fils pour compléter le circuit.
  • Si un transformateur monophasé transporte 230V, un transformateur triphasé transporte 415V.
  • Un transformateur monophasé utilise un réseau simple, tandis qu'un transformateur triphasé utilise un réseau compliqué.
  • Une panne de courant se produit dans les transformateurs monophasés, alors qu'il n'y a pas de panne de courant dans les transformateurs triphasés. Les vibrations sont considérablement réduites dans les moteurs triphasés car la puissance est distribuée uniformément tout au long du cycle.
  • Les transformateurs monophasés sont utilisés pour les appareils ménagers, tandis que les transformateurs triphasés permettent de faire fonctionner une charge lourde.

La loi d'induction électromagnétique de Faraday

La loi de Faraday sur l'électromagnétisme prédit comment un champ magnétique interagit avec un circuit pour produire une force électromotrice. La loi de Faraday consiste en :

  • La première loi d'induction électromagnétique de Faraday stipule que lorsqu'un conducteur se trouve dans un champ magnétique variable, il y a une force électromotrice (FEM).
  • La deuxième loi d'induction électromagnétique de Faraday stipule que la force électromotrice induite est égale au taux de variation des liaisons de flux.

Qu'est-ce qu'un transformateur monophasé ?

Un transformateur monophasé fonctionne sur une alimentation monophasée et comporte deux parties - la partie magnétique et la partie électrique. La partie magnétique du transformateur est constituée d'un noyau magnétique en fer, tandis que la partie électrique est constituée d'un transformateur en cuivre. Lisez notre article sur les transformateurs électriques pour plus de détails sur la construction d'un transformateur.

Seul le courant alternatif fait fonctionner le transformateur car le courant continu ne crée pas de champ électromagnétique. Un transformateur n'a pas de pièces mobiles ; il n'y a donc pas de friction mécanique lors de l'utilisation d'un transformateur monophasé. Par conséquent, il y a peu de pertes d'énergie lors de l'utilisation d'un transformateur monophasé, ce qui rend le transformateur monophasé très efficace.

Lorsque l'enroulement primaire d'un transformateur rencontre un courant alternatif, il génère un champ électromagnétique alternatif. Une partie du champ magnétique généré se lie à l'enroulement secondaire par induction mutuelle, produisant un courant. La tension est induite dans les enroulements secondaires avec la même fréquence que les enroulements primaires. La loi de Faraday permet de déterminer la valeur de la tension induite.

Fonctionnement des transformateurs monophasés

Un transformateur monophasé fonctionne selon le principe de l'inductance mutuelle. Les enroulements primaires sont reliés à un courant alternatif qui alimente la bobine, laquelle crée un champ magnétique. Le processus d'accumulation du champ magnétique est connu sous le nom d'inductance mutuelle, et le courant circule dans la bobine selon la loi de Faraday.

Le champ magnétique créé se renforce lorsque le courant circulant dans la bobine augmente, ce qui crée des lignes de force magnétiques. Les lignes de force magnétiques forment le flux magnétique, et l'enroulement secondaire relie le système au flux magnétique.

Le rapport des tours entre les enroulements primaires et secondaires détermine l'intensité du champ magnétique généré. Une augmentation du courant entraîne une augmentation du flux magnétique - ils sont directement proportionnels. Le flux magnétique qui circule dans le noyau induit une tension dans l'enroulement secondaire. La valeur de la tension induite peut être déterminée à l'aide de la loi de Faraday.

Construction de transformateurs monophasés

Le transformateur monophasé comporte un enroulement primaire et un enroulement secondaire. Les enroulements sont placés sur un noyau magnétique constitué de tôles d'acier au silicium. Le but du noyau magnétique est de fournir un chemin pour le flux magnétique. L'acier au silicium réduit les pertes par hystérésis, tandis que les laminés réduisent les pertes dues aux courants de Foucault (courant électrique localisé induit dans un conducteur en raison de la variation du champ magnétique.

Les laminés sont de fines feuilles assemblées pour former le noyau. Un revêtement émaillé isolant permet d'isoler les laminés les uns des autres. Il existe deux types de constructions de transformateurs monophasés, à savoir ;

  • Transformateur à noyau
  • Transformateur en coquille

Construction d'un transformateur à noyau

Le transformateur comporte deux branches verticales (limbs) et deux sections horizontales (yokes) dans le courant magnétique. La moitié des enroulements primaires et secondaires sont placés sur chaque branche pour minimiser l'effet du flux de fuite. Les deux enroulements forment un enroulement cylindrique (figure 3 étiquetée A)

Construction d'un transformateur en coquille

Le transformateur a trois branches dans un circuit magnétique. Les enroulements se trouvent dans le membre central, et les autres membres complètent le trajet du flux à faible réluctance (figure 3 étiquetée B). Les enroulements primaires et secondaires ont deux sous-divisions : la section basse tension et la section haute tension.

Transformateurs à noyau (A) et à coquille (B)

Figure 3 : Transformateurs à noyau (A) et à coquille (B)

Applications d'un transformateur monophasé

Le transformateur monophasé est principalement utilisé dans les appareils à basse tension comme les appareils domestiques. Certaines des applications d'un transformateur monophasé sont :

  • Diminution de la tension dans la distribution électrique localisée
  • Régulation de la tension dans les téléviseurs
  • Utilisé dans les appareils d'éclairage et de chauffage
  • Utilisé dans les zones où la demande d'électricité est faible, comme les zones rurales
  • Augmentation de la tension dans les onduleurs domestiques

Avantages du transformateur monophasé

  • Le système est fiable, et la continuité du service est assurée lorsque les transformateurs sont connectés en parallèle.
  • Les transformateurs fonctionnent en parallèle, ce qui réduit les risques de surcharge.
  • Le transformateur peut s'allumer ou s'éteindre en fonction de la demande de la charge.

Inconvénients d'un transformateur monophasé

  • Son entretien est coûteux.
  • Il nécessite beaucoup d'espace d'installation.
  • Il y a un risque de panne lorsque les transformateurs sont connectés en parallèle.

FAQs

Combien de types de transformateurs existe-t-il ?

Trois principaux types : condensateur, électromagnétique et optique

Que signifie un transformateur monophasé ?

Un transformateur monophasé est un type de transformateur fonctionnant sur une alimentation monophasée. Un transformateur monophasé est composé de deux parties : le transformateur magnétique et les parties électriques.

Quel type d'alimentation les foyers utilisent-ils ?

Les maisons utilisent une alimentation électrique monophasée.

Comment les transformateurs monophasés sont-ils câblés ?

Les transformateurs monophasés peuvent être connectés en série ou en parallèle.

Sur quel principe fonctionne le transformateur monophasé ?

Les transformateurs monophasés fonctionnent selon le principe de la loi d'induction électromagnétique de Faraday. La loi de Faraday est une loi d'électromagnétisme qui prédit comment un champ magnétique interagit avec un circuit magnétique pour produire une force électromotrice.