Transformateur et ses principes

A transformateur est un composant passif qui transfère l'énergie électrique d'un circuit à un autre circuit ou circuit.Un changement de courant dans une bobine de transformateur produit un flux magnétique changeant dans le noyau du transformateur, ce qui induit une force électromotive changeante (EMF) sur toute autre blessure de bobine sur le même noyau. L'énergie électrique peut être transférée entre des bobines distinctes sans connexion métallique (conductrice) entre les deux circuits. Flux magnétique entourant la bobine.Les transformateurs sont utilisés pour modifier le niveau de tension CA, ce type de transformateur est connu sous le nom de type en hausse ou en bas pour augmenter ou diminuer respectivement le niveau de tension. Les transformateurs sont également utilisés pour fournir l'isolement galvanique entre les circuits et pour coupler les stades des circuits de traitement du signal. Une grande variété de conceptions de transformateurs sont rencontrées dans les applications électroniques et d'alimentation. Les transformateurs varient en taille à partir de transformateurs radiofréquences qui sont inférieurs à un centimètre cube de taille aux unités pesant des centaines de tonnes pour les réseaux électriques d'interconnexion.

Des principes

Un transformateur idéal est linéaire, sans perte et parfaitement couplé, un couplage parfait implique une perméabilité au noyau infiniment élevé et une inductance d'enroulement et une force magnétomotive nette nulle (c.-à-d. IPNP - ISNS = 0).Un courant changeant dans l'enroulement primaire du transformateur crée un flux magnétique changeant dans le noyau du transformateur, qui est également entouré par l'enroulement secondaire. Ce flux changeant dans l'enroulement secondaire induit un EMF ou une tension changeant dans l'enroulement secondaire. Ce phénomène de l'induction électromagnétique est la base de l'action du transformateur, et selon la loi de Lenz, le courant secondaire ainsi généré génère un flux magnétique égal et opposé à celui généré par l'enroulement primaire. Les enroulements sont enroulés sur un noyau de fer avec un magnétique infiniment élevé Perméabilité, donc tout le flux magnétique passe par les enroulements primaires et secondaires. La source de tension est connectée à l'enroulement primaire, la charge est connectée à l'enroulement secondaire, le courant du transformateur coule dans la direction spécifiée et la force magnétomotive du fer Core annule à zéro.Selon la loi de Faraday, puisque le même flux magnétique passe par les enroulements primaires et secondaires d'un transformateur idéal, une tension proportionnelle au nombre de ses enroulements est induite dans chaque enroulement. Le rapport de tension d'enroulement du transformateur est égal au rapport de virage d'enroulement.Un transformateur idéal est une approximation raisonnable d'un transformateur commercial typique, avec des rapports de tension et des rapports de virages d'enroulement qui sont à la fois inversement proportionnels aux rapports de courant correspondants.L'impédance de charge du circuit primaire est égale au carré du rapport des virages multiplié par l'impédance de charge du circuit secondaire.

Vrai transformateur

Déviation par rapport aux transformateurs idéaux

Le modèle de transformateur idéal ignore les aspects linéaires fondamentaux suivants des transformateurs réels:

Les pertes de base, collectivement appelées pertes de courant magnétisées, comprennent.

Pertes d'hystérésis dues aux effets magnétiques non linéaires dans le noyau du transformateur et tLa perte de courant de Foucault due au chauffage Joule du noyau de fer est proportionnelle au carré de la tension appliquée au transformateur.

Contrairement au modèle idéal, les enroulements d'un véritable transformateur ont une résistance et une inductance non nulles:

1. Pertes Joule dues à une résistance à l'enroulement primaire et secondaire

2. Le flux de fuite s'échappant du noyau et à travers un enroulement ne provoque que des impédances réactives primaires et secondaires.

3. Semblable à une inductance, le phénomène de parasitique-captabilité et d'auto-résonance se produit en raison de la distribution du champ électrique. En fait, trois types de capacités parasites sont considérées et les équations en boucle fermée sont fournies.

4. La capacité entre les virages adjacents dans n'importe quelle couche;

5. Capacité entre les couches adjacentes;

6. Capacité entre le noyau et les couches adjacentes au noyau;

L'incorporation de la capacité dans un modèle de transformateur est complexe et rarement tentée; Le circuit équivalent pour un modèle de transformateur "réel " illustré ci-dessous n'inclut pas la capacité parasite.Coour, l'effet capacitif peut être mesuré en comparant l'inductance du circuit ouvert (c'est-à-dire l'inductance de l'enroulement primaire lorsque le circuit secondaire est ouvert) à L'inductance court-circuit de l'enroulement secondaire lorsqu'elle est court-circuitée.

Flux de fuite

Un modèle de transformateur idéal suppose que tout le flux généré par l'enroulement primaire relie tous les tours de chaque enroulement, y compris lui-même. L'inductance en série avec les enroulements de transformateurs à couplage mutuellement. Le flux de fuite fait stocker et libéré de l'énergie et libéré du champ magnétique pour chaque cycle de l'alimentation. la tension pour ne pas être proportionnelle à la tension primaire, en particulier à des charges lourdes. Par conséquent, les transformateurs sont généralement conçus avec une inductance de fuite très faible.Dans certaines applications, une fuite accrue est requise, et les longs trajets magnétiques, les lacunes d'air ou les shunts de pontage magnétique peuvent être délibérément introduits dans la conception du transformateur pour limiter le courant de court-circuit qu'il fournit. Résistance négative, telles que les arcs électriques, les lampes de mercure et de sodium, et les néons, ou pour gérer en toute sécurité des charges qui sont périodiquement court-circuité, telles que les soudeurs d'arc.Les écarts d'air sont également utilisés pour empêcher la saturation des transformateurs, en particulier les transformateurs audio dans les circuits avec des composants CC dans les enroulements.

La connaissance de l'inductance des fuites est également utile lorsque les transformateurs fonctionnent en parallèle. Leurs notes respectives. En fait, les transformateurs commerciaux ont de grandes tolérances d'impédance. De plus, l'impédance et le rapport x / r des transformateurs de différentes tailles ont tendance à être différents.

• Circuit équivalent

• Se référant à cette figure, le comportement physique d'un véritable transformateur peut être représenté par un modèle de circuit équivalent, qui peut inclure un transformateur idéal.

• Les pertes sinueuses de Joule et la réactance des fuites sont représentées par l'impédance de boucle de série suivante du modèle:

• Enroulement primaire: RP, XP

• Enroulements secondaires: RS, XS.

• Dans les transformations équivalentes du circuit normal, RS et XS sont généralement référés au côté primaire en multipliant ces impédances par le carré du rapport Turns (NP / NS) 2 = A2.

• Les pertes de fer et la réactance sont représentées par les impédances de branche de shunt suivantes du modèle:

• Perte de fer ou perte de fer: RC.

• Réactance de magnétisation: xm.

RC et XM sont collectivement appelés la branche d'aimantation du modèle.

La perte du noyau est principalement causée par l'hystérésis et les effets de courant de Foucault dans le noyau et est proportionnel au carré du flux de noyau fonctionnant à une fréquence donnée.142–143 Les noyaux de perméabilité finis nécessitent un courant de magnétisation IM pour maintenir le flux mutuel dans le noyau. Le courant de magnétisation est en phase avec le flux magnétique, et la relation entre les deux est non linéaire en raison des effets de saturation. Cependant, toutes les impédances d'un circuit équivalent sont linéaires par définition, et cet effet non linéaire n'est généralement pas reflété dans un circuit équivalent de transformateur . 142 Pour une alimentation sinusoïdale, le flux de noyau est à la traîne de la force électromotive induite de 90 °. Lorsque l'enroulement secondaire est ouvert, le courant de branche d'excitation I0 est égal au courant à vide du transformateur.

Le modèle résultant, bien que parfois appelé un circuit équivalent "exact " basé sur l'hypothèse de linéarité, conserve de nombreuses approximations, peut simplifier l'analyse en supposant que l'impédance de la branche magnétisée est relativement élevée et le déplacement de la branche à gauche de la primaire Impedance.Ce présente des erreurs, mais permet de combiner la résistance et la réactance secondaires primaires et de référence en résumant simplement sous forme d'impédances de deux séries.Les paramètres d'impédance de circuit équivalent du transformateur et de rapport de transformation peuvent être obtenus par les tests suivants: test de circuit ouvert, test de court-circuit, test de résistance à l'enroulement, test de rapport de transformation.