Quel transformateur fait quoi ?

Besoin d'un transformateur ? Ce guide vous aide à comprendre un peu le fonctionnement de ces composants avant de vous lancer pour en acheter un. Ils sont variés, flexibles, éminemment utiles et comptent parmi les éléments les plus utilisés dans tous les domaines de la technologie.

Qu'est-ce que les transformateurs ?

Les transformateurs font partie des composants les plus élémentaires de tous les équipements électroniques. Ils permettent aux appareils ménagers et autres produits présentant des exigences de tension différentes de fonctionner à partir de la même source de tension, en élevant ou en abaissant la tension en fonction des caractéristiques techniques de n'importe quel appareil branché à l'alimentation secteur. On retrouve ces composants partout, à l'intérieur des alimentations externes pour les ordinateurs portables et autres produits, mais aussi suspendus sur le côté des poteaux électriques dans la rue. Il existe différents types de transformateurs, chacun ayant son propre usage et ses propres caractéristiques.

En termes plus techniques, un transformateur utilise des principes inductifs pour transférer l'énergie sous forme d'électricité. Cette opération est réalisée via les bobines qui constituent la partie principale du transformateur.

Histoire des transformateurs

Plusieurs personnes ont joué un rôle important dans le développement du transformateur. Ce développement a eu lieu pour l'essentiel entre le milieu et la fin du 19e siècle, époque où beaucoup d'inventions ont vu le jour dans le monde de l'électricité. Le premier transformateur adapté à une utilisation commerciale a été développé en 1886 par William Stanley, qui travaillait pour Westinghouse, le principal rival d'Edison. Depuis cette invention, le transformateur est devenu un élément essentiel de la plupart des applications électriques. M. Stanley n'a pas seulement créé un transformateur qui convenait à une utilisation commerciale, mais il l'a également adapté à la production de masse.

Les transformateurs fonctionnent selon un principe appelé induction. Celui-ci a été découvert dans les années 1830 par deux hommes, Michael Faraday et Joseph Henry. Certains se souviendront peut-être du nom de Faraday comme d'une métrique utilisée dans l'analyse électronique. Ce nom était célèbre dans la recherche scientifique qui a précédé l'ère de l'électricité moderne.

Aujourd'hui, les transformateurs comptent parmi les équipements électriques les plus connus au monde. De différentes tailles, ils gèrent les besoins de tension d'un grand nombre de technologies et d'appareils et sont très peu coûteux à produire. Ils font vraiment partie des technologies les plus importantes au monde et ont été continuellement améliorés et développés depuis leur apparition sur le marché.

A quoi servent les transformateurs ?

Etant donné qu'il ne s'agit pas d'une nouvelle technologie et qu'ils sont très courants, il est facile de ne pas mesurer à quel point ces transformateurs sont prodigieux. Ils peuvent élever ou abaisser la tension, augmenter ou diminuer le courant et modifier l'énergie électrique de différentes façons. Par analogie, on peut plus facilement démontrer à quel point ils sont puissants.

Imaginez que vous aviez un véhicule pouvant augmenter ou diminuer sa puissance totale disponible en fonction des besoins, simplement parce qu'une pièce très bon marché et facile à produire est fixée au moteur. Vous roulez tranquillement sur une route plate ? Réduisez la puissance et économisez de l'essence. Vous vous rendez en haut d'une colline ? Donnez à votre véhicule la puissance d'une semi-remorque. D'une certaine façon, c'est ce qu'un transformateur fait.

Les transformateurs ne sont généralement pas visibles dans les appareils électroménagers et les produits qui les utilisent. Par exemple, si vous démontiez l'alimentation sur votre ordinateur, vous trouveriez un transformateur. Ce transformateur prend le courant secteur de 220 volts et le diminue pour permettre d’obtenir des tensions de 12 et 5 volts dont votre ordinateur a besoin pour fonctionner.

Si vous regardez la plupart des adaptateurs secteur ou alimentations externes, vous trouverez un transformateur. Dans d’autres cas comme de nombreux appareils électriques, le transformateur se trouve dans le boîtier de l'appareil lui-même.

Les transformateurs sont également utilisés pour abaisser la tension des appareils qui sont achetés dans un pays et amenés dans un autre. Par exemple, si vous avez acheté un rasoir électrique aux Etats-Unis, il a été conçu pour fonctionner sur 120 V, la tension secteur standard de ce pays. Si vous allez en Europe, où la plupart des tensions secteur sont de 220 V, vous devrez abaisser la tension à 120 V, à l'aide d'un transformateur.

Le principe de base des transformateurs

Un transformateur fonctionne selon le principe de l'induction. Il s'agit d'une des notions électriques les plus simples à comprendre. Lorsque vous faites passer un courant dans la bobine primaire d'un transformateur, un champ magnétique est produit. Ce champ magnétique traverse ensuite le noyau et induit une tension et un courant électrique dans la bobine secondaire. Ce processus est très simple et la quantité réelle de tension produite dans la bobine secondaire peut être déterminée selon la loi de Faraday.

Ce principe simple permet aux gens d'allumer la lumière, de faire fonctionner leur ordinateur, de faire griller leur pain et de faire tout ce que permet l'alimentation secteur domestique, en commençant avec la même quantité de puissance électrique et en l'abaissant selon les besoins.

Quels sont les paramètres qui définissent les transformateurs ?

Différents paramètres sont utilisés pour classer les transformateurs. Ce sont les suivants :

• Utilisation : peut être variable, intermittente, périodique, variable, de courte durée et continue
• Type de refroidissement : air forcé, liquide immergé, huile sous pression, refroidi à l'eau, auto-refroidi ou tout simplement à convection naturelle
• Classe de tension
• Application du circuit : le rôle du transformateur dans le circuit, notamment faire correspondre l'impédance, la tension, l'isolation, etc.
• Type de fonctionnement du transformateur : indique si le transformateur est un élévateur, un abaisseur ou un dispositif d'isolation
• Configuration du bobinage : il existe différentes configurations de bobinage, y compris wye, star, delta, zigzag, etc.
• Configuration du bobinage à redressement et décalage de phase comprenant n enroulements, 6 impulsions, 12 impulsions, etc.
• Utilisation : l'usage réel d'un transformateur
• Capacité de puissance : les transformateurs peuvent gérer une vaste plage de puissances selon les différents types disponibles
• Forme magnétique de base : décrit la manière dont le magnétisme est géré, y compris la forme du noyau et du boîtier.

Types de transformateurs :

• Transformateurs audio : ces transformateurs se trouvent dans les haut-parleurs et autres matériels audio.
• Autotransformateurs : transformateurs qui sont conçus avec un bobinage commun pour les circuits primaires et secondaires se prêtant à des applications dans le convoiement de l’énergie sur le réseau électrique ou encore pour le démarrage de moteurs asynchrones.
• Transformateurs à montage sur châssis : transformateurs conçus pour être monté sur un châssis.
• Baluns : un type de transformateur d'impédance utilisé dans l'électronique. Il convertit les charges équilibrées en charges non équilibrées.
• Transformateurs à pot ferrite : petits transformateurs qui sont facilement montés dans les appareils électroniques à usage répandu.
• Transformateurs de courant : transformateurs qui abaissent ou élèvent le courant dans un circuit. Ils sont couramment employés dans la mesure et le relayage.
• DIN Rail & Transformateurs à montage sur rail DIN : un système de fixation utilisé pour intégration dans les armoires électriques.
• Transformateurs Ethernet LAN : utilisés pour la transmission de données au standard Ethernet sur des liaisons filaires.
• Transformateurs d'éclairage : il s'agit généralement de transformateurs à fuites magnétiques qui limitent le courant et empêchent la surcharge dans l'éclairage néon.
• Transformateurs pour CI : transformateurs de faibles et moyennes puissances conçus pour être implantés sur les cartes de circuits imprimés pour un usage principalement électronique.
• Transformateurs de sécurité : fortement utilisés dans l’installation électrique, ces transformateurs abaissent la tension mais apportent un niveaux de sécurité accru pour une utilisation dans les outils et machines électriques.
• Transformateurs d'alimentation à découpage (SMPS) : transformateurs à haut rendement utilisés dans les alimentations à découpage couramment utilisées dans les appareils tels que les ordinateurs.
• Transformateurs télécom : il s'agit de transformateurs de signal (un type de transformateur d'impulsions) utilisés dans l'industrie des télécommunications.
• Transformateurs toroïdaux : transformateurs en forme d'anneau utilisés pour leur taille compacte et leur capacité à émettre un faible champ magnétique.

Qu'est-ce que les transformateurs à noyaux de ferrite ?

Certains transformateurs à noyaux de ferrite fonctionnent comme transformateurs à entrefer. Néanmoins, la ferrite a la propriété de concentrer en elle le champ magnétique, et ainsi de limiter son émission vers l’extérieur du composant, ce qui permet au transformateur de fonctionner à des fréquences très élevées. Ces transformateurs peuvent également traiter une grande quantité de puissance tout en gardant un encombrement raisonnable.

Qu'est-ce que les baluns de ligne de transmission ?

Les baluns sont des transformateurs qui remplissent deux fonctions, celle d’adaptation d’impédance et celle de transformation de signaux équilibrés à non équilibrés. Ces appareils sont très répandus et vous les trouverez dans de nombreuses applications, principalement sur les lignes de transmission.

Les baluns de ligne de transmission sont des dispositifs très simples, souvent composés de seulement quelques bobinages de câble coaxial. Ils fonctionnent sur divers équipements. Ils sont parfois utilisés sans matériau magnétique et parfois avec. Ces composants ont souvent des noyaux de ferrite, mais ils sont parmi les transformateurs les plus simples à utiliser.

Que sont les Variac ?

Le nom Variac a été déposé pour la première fois en 1934 (il a été retenu par General Radio), mais cette marque a disparu en 2002. Depuis, il a été repris par Instrument Service Equipment et, actuellement, le nom figure parmi leurs marques. Les variacs sont des autotransformateurs qui sont utilisés pour faire varier une tension alternative.

Il s'agit d'un type de transformateur très courant, utilisé dans une variété d'applications. Ils sont utilisés dans tous les domaines, des applications de test et mesure aux gradateurs simples pour l'éclairage.

La puissance de ces dispositifs provient du fait que le nombre de tours de la bobine peut varier, ce qui signifie que la tension de sortie peut être modifiée selon les besoins. Ces dispositifs permettent à l'utilisateur de modifier la tension de sortie selon des degrés très précis, ce qui les rend extrêmement flexibles et utiles.

Balais Variac

Ils font partie des éléments des Variacs qui définissent leur souplesse. La tension émise par ces dispositifs est déterminée par la superficie totale du balai en contact avec le bobinage. Ces balais peuvent être réglés très précisément, ce qui rend les Variacs excellents pour le contrôle très affiné de la tension de sortie.

Connecteurs pour Variac

Les Variacs sont utilisés pour un large éventail d'applications, dans lequel de nombreux types de connecteurs sont disponibles. Certains d'entre eux comprennent des commutateurs qui facilitent la mise sous tension et hors tension de l'appareil et d'autres sont des dispositifs plus simples qui permettent d'enrouler le fil autour d'un goujon puis de le fixer avec un connecteur.

Les Variacs sont utilisés pour réaliser des alimentations variables, de sorte que certains connecteurs sont également conçus dans ce but. Des transformateurs Variac sont équipés de prises secteur standard, qui sont souvent utilisées pour travailler dans le domaine de l'électronique et des appareils qui ne peuvent pas fonctionner hors de la tension secteur standard et qui ont besoin d'un transformateur externe pour empêcher la surcharge des dispositifs de sécurité.

Cadrans Variac

L'un des avantages importants d'un Variac est que les balais ont tendance à être suffisamment résistants pour permettre des réglages précis. Ces réglages sont effectués à l'aide d'un cadran qui donne la tension de sortie. Ils varient en taille selon le composant et permettent à l'utilisateur de tourner le bouton du Variac pour le placer sur des tensions inférieures ou supérieures, ce qui, en interne, modifie la zone de contact avec les bobines.

Plusieurs de ces cadrans sont gradués afin que la sortie du Variac puisse être adaptée à l'appareil qui doit être alimenté. Par exemple, si vous avez de vieux équipements électroniques qui nécessitent une tension de 60 V et que vous voulez les faire fonctionner sur une tension secteur de 120 V, vous pouvez utiliser le cadran du Variac pour régler précisément la sortie, la vérifier avec un voltmètre, puis brancher le dispositif, lui donnant ainsi la bonne quantité de tension pour l'appareil et le protégeant de tout dommage.

Boutons du Variac

La plupart des Variacs sont réglés à l'aide d'un simple bouton, situé à l'intérieur du cadran. Ce bouton comporte généralement une flèche permettant à l'utilisateur de savoir à tout moment sur quel réglage la tension se trouve.

Tourner le bouton nécessite que l'utilisateur surmonte la résistance des balais dans le Variac, mais facilite également les réglages précis. Ces boutons sont bien sûr faits de matériaux qui protègent l'utilisateur contre les chocs et sécurisent l'utilisation des dispositifs.

Selon la taille de l'appareil, la taille du bouton peut varier considérablement. Ces Variac utilisés en général dans des ateliers ou des laboratoires sont conçus de manière que le bouton puisse être tourné facilement à la main. Les modèles plus petits peuvent utiliser des boutons moins pratiques pour régler la tension, en particulier s'ils sont faits pour être installés et laissés sur place une fois la bonne tension de sortie obtenue.