LES TRANSFORMATEURS

Comme son nom l’indique clairement un transformateur sert à transformer le courant électrique. Il peux soit élever, soit abaisser la tension ou le courant.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN TRANSFORMATEUR

L’enroulement primaire reçoit un courant qui induit un champ magnétique, lequel se transmet à l’enroulement secondaire via un circuit magnétique généralement composé d’un empilage de tôles. C’est le nombre de spires des enroulements qui détermine les différentes tensions.
Un transformateur fonctionne exclusivement en courant alternatif, si l’on veut baisser un courant continu il faudra faire appel pour les faibles puissances à des résistances, diodes, potentiomètres, convertisseurs, régulateurs, variateurs…Pour l’élever on fera appel à des doubleurs de tension, convertisseurs...

DIFFERENTES SORTES DE TRANSFORMATEURS

TP ou Transformateurs de Potentiel, c' est-à-dire qu’ils vont modifier la tension, ce sont les plus courants et les seuls employés en modélisme.
TI ou Transformateurs d’Intensité, ils sont employés en industrie pour mesurer l’intensité appelée par un moteur de forte puissance. Aucun intérêt en modélisme.
Il en existe d’autres types très spécifiques utilisés en radiophonie et transmission qui n’ont pas d’intérêt au niveau du modélisme ferroviaire.


Transfo de 160VA primaire 220380V secondaire 24/48V		Petits transfos à fils et à souder sur circuits imprimés		Transfo de 60VA primaire 220/380V secondaire 24V

DIFFERENTS TRANSFORMATEURS

Elévateur (figure 1) La tension à son secondaire sera plus élevée qu’à son primaire; On remarquera que le nombre de spires est plus élévé au secondaire.

Abaisseur (figure 2) La tension à son secondaire sera plus basse qu’à son primaire; On remarquera que le nombre de spires au secondaire est moins élévé au secondaire.

De sécurité (figure 3) La tension au secondaire est égale à celle du primaire; On remarquera que le nombre de spires du secondaire est identique à celui du primaire.
L’avantage de celui-ci est que primaire et secondaire sont isolés l’un de l’autre et isole de ce fait le secondaire du secteur EDF On les emploie par exemple dans les salles de bains et autres locaux humides.

L’ AUTOTRANSFORMATEUR

Par rapport à un transformateur classique, un autotransformateur ne possède qu’un seul enroulement, (figure 4) Le primaire étant branché aux extrêmes, le secondaire ayant un point commun avec le primaire, l’autre polarité utilisant une partie de cet enroulement.
Avantages :
Coût réduit de fabrication, car un seul enroulement.
Fil moins gros d’où pertes réduites
Inconvénient :
Pas d’isolement entre primaire et secondaire, c’est pour cette raison que l’on préférera les transformateurs.

LES ENROULEMENTS

Ils peuvent êtres :
Séparés, c’est le cas d’un transformateur de sécurité
Imbriqués, c’est un autotransformateur
Superposés, transformateur « classique »
Les enroulements doivent être à spires jointives, c' est-à-dire serrées les unes contre les autres sans vide, de manière à ce que le champ magnétique soit le plus régulier possible et limiter ainsi les pertes.
Ils sont constitués de fil émaillé qui est vernis ensuite, puis protégé par un carton ou capot de protection (métal, aluminium, cuivre ou coulés dans la résine)
Un transformateur peut comporter plusieurs enroulements primaires pour adapter la tension secteur 220/240V ainsi que secondaires pour diverses utilisations 5V-12V-15V
NOTE : Dans le cas d’un transformateur abaisseur (cas le plus fréquent), le primaire se compose de nombreuses spires de fil fin, alors que son secondaire sera constitué de spires moins nombreuses en fil de plus forte section.

LE CIRCUIT MAGNETIQUE

Il se compose le plus souvent d’un empilage de tôles en forme de E ou C et I imbriquées. Ces tôles autrefois réunies par des tiges filetées et écrous sont maintenant soudées électriquement entres elles par des petits cordons de soudure. Le fait d’avoir un circuit magnétique constitué de tôles feuilletées minimise les pertes magnétiques dans le fer.
NOTE : Si un ancien transformateur « grogne », il suffit de resserrer son empilage de tôles pour qu’il se taise.
On trouve aussi des transformateurs toriques dont le rendement est bien meilleur, mais d’un coût bien supérieur. En modélisme cette dépense supplémentaire (sauf électronique) n’est pas toujours justifiée.

BRANCHEMENTS

Reprenons le cas de notre transformateur abaisseur, il faudra brancher son primaire au secteur 220V, ou dans le cas d’un transformateur à deux enroulements 2x110V par exemple on connectera les deux enroulements en série pour obtenir la tension 220V voulue.
Les enroulements secondaires peuvent avoir un point commun ou êtres séparés les uns des autres.
En cas d’enroulements secondaires séparés il est possible de les connecter en série afin d’obtenir une tension supérieure, exemple : 2x12V pour obtenir 24V . Ou en parallèle afin d’obtenir une intensité supérieure pour une tension de 12V. Il faut bien évidemment que ces enroulements soient identiques. (figure 5)

Sur ce transfo on distingue bien les deux types de branchements série pour obtenir du 48V et parallèle pour obtenir du 24V avec plus de débit

Sur cette photo on voit que le shunt est placé entre E2 et S1, on trouvera donc du 48V entre E1 et S2

PUISSANCE

Hormis les tensions d'entrée (primaire) et de sortie (secondaire) un transformateur se défini aussi par sa puissance.

Exemple : Vous souhaitez illuminer votre ville, celle de votre réseau... il vous faudra par exemple 120 ampoules de 1watt chacune ce qui correspond à une consommation totale de 120W si toutes les lampes sont en fonction.

Il vous faudra donc en prenant une marge de sécurité un transformateur de 150W ou plus. Pensez aux ajouts futurs!...

J'ai volontairement pris comme exemple des ampoules, mais les LEDS actuelles éclairent bien et consomment peu.

PROTECTIONS

On veillera à ce que les masses métalliques des transformateurs et capots de protection métalliques soient reliés à la terre pour ceux utilisant le secteur.

Les borniers secteurs doivent êtres munis de capots afin d'éviter tous contacts accidentels.

La protection contre les surcharges sera bien entendu fonction de la puissance appelée.
Un transformateur de 200VA sera pourvu à son primaire d’un fusible de 1A, alors que son secondaire en 12V réclamera un fusible de 16A (figure 6)
Il est important de protéger parfaitement le secondaire car comme on le voit le courant de court-circuit peut être très important.
Attention au transformateur que l’on surcharge progressivement en ajoutant des accessoires au fil du temps, un peu comme les barrettes multiprises…Il vaut mieux investir ou récupérer un transformateur de bonne puissance dès le départ.

RENDEMENT

Les pertes générées dans un transformateur sont dues à la résistance des enroulements (Effet Joule) et perte dans le circuit magnétique (hystérésis et courants de Foucault).
Les transformateurs ont généralement un bon rendement, surtout les transformateurs toriques
En modélisme on ne tiendra pas compte du rendement

REPRESENTATIONS GRAPHIQUES

Voici quelques unes des nombreuses représentations graphiques des transformateurs.

TRAVAUX PRATIQUES

Il est souvent possible de modifier un transformateur 220/24V par exemple en 220/12V, il suffit tout simplement de débobiner progressivement son secondaire en faisant des mesures de temps à autre avant de couper. Une fois la tension voulue atteinte vous ressoudez la dernière spire et le tour est joué, vous avez un bon gros transfo 12 V pour vos accessoires. On trouve facilement des transformateurs industriels 220/24V au rebut. Attention, la tension à vide d’un transformateur est nettement plus importante que celle en service. Un transformateur 12V délivrera à vide une tension avoisinant 15 ou 16V

Une autre solution consiste à récupérer un 400/24V et alimenter le primaire en 220V et qu’est ce qu’on obtient au secondaire ? hé bien le 12V qui nous est cher pour nous modélistes. CQFD


Pour illustrer cette deuxième solution, le transfo sera alimenté en 220V entre les bornes 1 et 4 (380V) du primaire, on trouvera donc 12V entre les bornes 1 et 5 du secondaire

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