Principe de fonctionnement des transformateurs de lumière

Principe de fonctionnement des transformateurs de lumière

Les transformateurs font partie des composants les plus simples, mais également les plus utiles des équipements électriques dans le monde. Leur invention date du 19ème siècle et même si l'électronique s'est considérablement sophistiquée depuis ce temps, les transformateurs quant à eux n'ont pas beaucoup changé au cours du 20ème siècle. La simplicité de ces composants est en contradiction avec leurs capacités exceptionnelles de conversion de la tension ou de l'intensité, qui ouvrent des possibilités illimitées d'applications.

 

Qu'est-ce qu'un transformateur de lumière?

Les transformateurs de lumière, comme leur nom l'indique sont des transformateurs spécialement utilisés dans le secteur de l'éclairage. Ils sont généralement appelés interrupteurs gradateurs. La capacité d'un transformateur à modifier la tension circulant dans un circuit permet de varier l'intensité lumineuse en l'augmentant ou en la réduisant.

Selon le livre « Networks of Power : Electrification in Western Society, 1880-1930 » écrit par Thomas Park Hughes, l'usine Ganz située à Budapest en Hongrie est la première à avoir produit des équipements d'éclairage électrique dans les années 1878. Dans les années suivantes, de nombreuses formes d'interrupteurs gradat

eurs ont été commercialisées, mais la plupart d'entre elles présentaient des lacunes eu égard à la simplicité de leur conception et aux premiers modèles de ces équipements.

L'objectif principal des premiers transformateurs de lumière était de réduire la tension à un niveau permettant son utilisation dans le secteur de l'éclairage domestique. Au fur et à mesure de l'évolution technologique, les transformateurs de lumière ont gagné en sophistication, afin de permettre la variation de la tension et, en même temps, de l'intensité lumineuse.

 

 

Quels sont les différents composants internes ?

Les transformateurs sont des composants d'une simplicité extrême. Pour simplifier, les transformateurs contiennent en réalité deux enroulements de fil. Le fil est isolé, et dans la plupart des cas, les deux enroulements sont enroulés autour d'une âme en fer, en fonction de l'usage souhaité.

L'on trouve de nombreux types d'interrupteurs gradateurs sur le marché, mais les transformateurs de lumière sont un type spécifique. En effet, tous les interrupteurs gradateurs ne sont pas obligatoirement des transformateurs de lumière. Parmi eux, l'on trouve les hacheurs qui fonctionnent selon un principe basé sur la nature cyclique de la puissance alternative, en lieu et place de la variation de la tension.

Par principe, un transformateur de lumière est un autotransformateur, c.-à-d. un transformateur contenant un seul enroulement. Sur l'un des côtés de cet enroulement (appelé côté secondaire) se trouve une série d'ergots. Sur la forme la plus simple des autotransformateurs, la sortie peut être attribuée à l'un de ces ergots pour modifier le nombre d'enroulements du transformateur et donc la tension.

Il existe également une autre variante du modèle d'autotransformateur pour les transformateurs de lumière. La connexion secondaire est dans ce cas réalisée par le biais d'un balai. La capacité du balai à tourner autour de l'enroulement primaire lorsque l'utilisateur le souhaite permet de varier la tension afin qu'elle corresponde à l'intensité lumineuse recherchée. Il s'agit d'équipements dont la variabilité est pratiquement infinie.

 

Applications des transformateurs de lumière

Les transformateurs de lumière sont utilisés dans une grande variété d'applications autres que la variation de l'intensité lumineuse. Étant donné que leur principale fonction consiste à modifier la tension d'une ligne, les transformateurs de lumière peuvent être utilisés dans de nombreuses d'applications nécessitant une faible variation de la tension pour s'adapter aux différents équipements.

Les transformateurs de lumière sont ainsi par exemple utilisés dans les petits moteurs électriques afin de permettre l'accélération ou le freinage du moteur le cas échéant. Il est en outre plutôt fréquent de trouver des transformateurs de lumière en usage domestique pour remplir leur fonction primaire, qui, selon leur nom, est de varier l'intensité lumineuse des éclairages fixes.

En pratique, les interrupteurs gradateurs sont quelquefois utilisés pour fournir une intensité lumineuse plus agréable, ou si le propriétaire le souhaite, pour réduire la puissance lumineuse lorsqu'il est absent afin de disposer d'un éclairage à son retour, avec une consommation électrique restant modeste.

Il est essentiel de se rappeler que tous les interrupteurs gradateurs ne sont pas conçus pour les moteurs électriques. Selon Epanorama, certains interrupteurs gradateurs pourraient en effet être endommagés par l'application d'une charge correspondante. Il est donc important d'agir avec prudence.

 

Quelles sont les définitions des différentes variables ?

Dans la mesure où la plupart des transformateurs de lumière sont destinés à un usage domestique, les variables applicables aux transformateurs de lumière sont généralement très simples. Il s'agit d'une tension nominale primaire, d'une tension nominale secondaire et d'une puissance nominale maximale et minimale. Une fréquence nominale minimale et maximale peut également faire partie des variables.

Ces variables doivent être respectées pour garantir le bon fonctionnement du composant. Le non-respect des variables peut ne pas seulement détruire le transformateur, mais également causer un incendie ou d'autres dommages dans le logement dans lequel le transformateur est installé. Dans les cas extrêmes, une telle façon d'agir pourrait détruire l'équipement électrique dans lequel le transformateur est intégré. Il est donc impératif pour votre sécurité de respecter les valeurs prescrites.

 

Tension nominale primaire

La tension nominale primaire correspond à la tension pouvant être appliquée sur le côté primaire du transformateur dans des conditions normales de service. Cette valeur doit être respectée selon les limites indiquées à des fins de sécurité.

 

Tension nominale secondaire

La tension nominale secondaire est la tension pouvant être obtenue depuis l'enroulement secondaire dans des conditions normales de service, lorsque la tension nominale primaire est appliquée à l'enroulement primaire.

 

 

Puissance nominale

Cette valeur décrit la quantité maximale de puissance pouvant être appliquée au transformateur sans provoquer de dysfonctionnement ou sans risque de défaut pour le transformateur. En cas de dépassement de cette valeur, le transformateur peut surchauffer ou d'autres dommages peuvent apparaître, comme par ex. la dégradation de l'isolation dans les enroulements. Dans l'idéal, le système complet dans lequel le transformateur est intégré doit présenter une puissance inférieure à la puissance nominale maximale du transformateur.

 

Types de transformateurs de lumière

 

Électronique

Les transformateurs électroniques sont destinés aux applications basse tension. Ils présentent certains avantages par rapport aux autres types de transformateurs. Ils fonctionnent généralement à basses températures et sont plus compacts. Ces transformateurs sont limités à une puissance de 300 W. Pour cette raison, leur capacité de gestion de la puissance est réduite par rapport aux transformateurs magnétiques. Certains de ces types de transformateurs intègrent des semi-conducteurs, et certains font varier la charge des fronts montant ou descendant du cycle de puissance alternatif de l'alimentation électrique à laquelle l'éclairage est connecté.

 

Isolation

Les transformateurs d'isolation séparent deux circuits entre eux. Ils sont généralement utilisés dans des applications nécessitant l'isolation d'équipements très sensibles contre une tension ou une intensité potentiellement dangereuse dans l'alimentation électrique primaire. Ces types de transformateurs peuvent être utilisés dans les applications d'éclairage impliquant une ligne très haute tension, dans lesquelles le circuit basse tension doit être séparé de manière appropriée à des fins de sécurité.

 

Magnétique

Les transformateurs magnétiques se basent sur la relation entre les phénomènes de magnétisme et d'électricité permettant de convertir la tension et l'intensité. En créant un champ magnétique dans l'enroulement secondaire, un courant électrique est induit dans l'enroulement. Le nombre d'enroulements définit la grandeur de tension dans le second enroulement. Dans un transformateur variable, un balai est utilisé à la place de l'enroulement secondaire permanent. Cela permet d'obtenir un transformateur avec une variation infinie de tension sur la charge d'éclairage possible. Ces types de transformateurs sont utilisés depuis très longtemps et ils ont évolué pour devenir très avancés et efficaces.

 

Méthodes de gradation

Plusieurs méthodes de gradation sont utilisées pour les transformateurs de lumière. Il est important de se rappeler que toutes les méthodes de gradation n'ont pas de rapport immédiat avec le fonctionnement d'un transformateur. Certaines ont pour fonction d'éteindre la lumière lors du front montant ou descendant du cycle électrique alternatif. Dans ce cas, la tension (ou l'intensité) n'est pas convertie et n'a donc rien à voir avec la fonction du transformateur. Dans de tels cas, la charge de la lumière est réduite, réduisant ainsi également la quantité de lumière fournie dans la pièce.

 

Inductive

La gradation inductive n'est que très peu utilisée dans les applications domestiques. Les gradateurs inductifs sont installés sur le côté secondaire d'un transformateur.

 

Front montant

Les gradateurs sur front montant sont également appelés gradateurs résistifs. Ce type de gradateurs réduit le cycle de puissance alternatif sur le front montant de l'entrée. C'est la raison pour laquelle on les appelle gradateurs sur front montant. Il s'agit de gradateurs très courants, utilisés dans de nombreux foyers. Leur type se base sur leur puissance, 1000 W étant la variante la plus courante de ces gradateurs spécifiques.

 

Front descendant

Les gradateurs sur front descendant représentent le contraire des gradateurs sur front montant dans la mesure où ils raccourcissent le cycle de puissance alternatif à la fin de l'onde d'entrée. Leur conception est bien plus complexe que celle des gradateurs sur front montant et leur usage domestique très limité. Ce type de transformateurs est également plus cher que les gradateurs sur front montant, mais il présente un certain nombre d'avantages. Ces transformateurs sont en effet généralement plus silencieux, plus froids et plus efficaces, ce qui les rend pratiques de nombreuses manières.

 

Charge minimale

Les transformateurs de lumière nécessitent généralement une puissance minimale avant de fonctionner correctement. Ainsi, si vous utilisez par exemple un transformateur de lumière avec une charge minimale de 60 W et que vous y branchez une seule ampoule de 40 W, l'interrupteur gradateur ne fonctionnera pas correctement.

 

Dimensions

Les dimensions se rapportent simplement à la taille du transformateur. Dans les transformateurs de lumière, cette composante est importante car ils doivent souvent être installés dans des logements. Les dimensions sont donc un facteur majeur quant au lieu d'implantation du transformateur, sans toutefois avoir d'importance sur l'adéquation du transformateur pour un usage spécifique.

 

Profondeur

La profondeur du transformateur se rapporte à la dimension de l'équipement, avec la profondeur de laquelle il devra être encastré dans un mur ou qu'il sera en saillie. De manière générale, les transformateurs capables de gérer des tensions plus élevées seront également plus grands. Les schémas électriques reprennent par principe cette information afin de faciliter le choix du bon composant aux ingénieurs en électricité.

 

Diamètre

Ici également, cette mesure se rapporte au diamètre du transformateur dans le sens physique. Le transformateur doit toujours présenter un diamètre adéquat à l'application souhaitée.

 

Fréquence de service maximale

La fréquence de service maximale d'un transformateur a une influence directe sur l'âme de l'équipement. Si la fréquence d'un transformateur dépasse la fréquence nominale maximale, une surintensité peut traverser l'équipement, provoquant ainsi une forte quantité de chaleur, pouvant jusqu'à détruire le transformateur.

Température maximale

La température de service maximale du transformateur décrit la température la plus élevée à laquelle l'équipement peut fonctionner sans endommagement durable. Généralement, cette indication comporte une marge de manœuvre, qui n'est pas énorme. Si la température de service maximale est dépassée, l'équipement peut être entièrement détruit et provoquer un incendie. Les transformateurs de très grande taille disposent de divers systèmes de refroidissement afin de prévenir l'apparition de la température maximale.

 

Fréquence de service minimale

Comme c'est le cas avec la charge, de nombreux transformateurs disposent également d'une fréquence de service minimale à laquelle leur fonctionnement doit être garanti. S'ils ne fonctionnent pas à cette fréquence, leur fonctionnement ne pourra pas être garanti de manière générale. La plupart des transformateurs de lumière sont conçus avec des tolérances réalistes applicables à l'alimentation électrique domestique, de telle sorte que la fréquence de service minimale ne devrait pas poser de problème. Dans les autres applications, il peut toutefois s'agir d'un problème.

 

Température minimale

Comme pour tous les autres composants électriques, les transformateurs présentent une température minimale qui doit être dépassée pour permettre leur bon fonctionnement. Si cette température minimale n'est pas garantie, l'équipement peut ne pas fonctionner correctement ou même ne pas fonctionner du tout. Des températures extrêmement basses peuvent en outre endommager l'équipement. Dans les situations dans lesquelles la température constitue un problème, les transformateurs sont généralement installés dans des zones avec un système de contrôle de la température permettant d'éviter tout endommagement lié à des températures trop basses.