Transformateur électrique

Circuits magnétiquement couplés

Des circuits magnétiquements couplés sont des circuits électriques bobinés autour d’un même circuit magnétique. Par exemple deux enroulements d’un transformateur ou d’une machine électrique. On abrège souvent l’expression en Circuits couplés
Paramètres d’un ensemble de deux circuits magnétiquement couplés
équations et schémas
On représente en général deux bobines magnétiquement couplées à l’aide du montage suivant :

avec L1 et L2 les inductances propres de chacune des bobines
et M : l’inductance mutuelle.
Cette modélisation occulte totalement les non-linéarités, mais elle permet de faire une étude analytique approchée et souvent suffisante de nombreux dispositifs de l’électrotechnique, tels que les machines électriques et les transformateurs. Les résistances des bobines ne sont pas non plus représentées, car elles ne modifient pas les démonstrations ci-dessous.
Pour des raisons pratiques et ⁄ ou historiques, c’est le montage ci-dessous qui est utilisé :
Ce deuxième montage ne fait plus apparaître l’inductance mutuelle et il comporte quatre paramètres au lieu de trois. L’un de ces paramètres est donc choisi arbitrairement et c’est ce qui fait l’originalité de chacun des modèles existants. Conventionnellement le circuit d’indice 1 est appelé circuit primaire et celui d’indice 2 circuit secondaire, en référence aux transformateurs.
l1 et l2 sont appelées inductances de fuite primaire et secondaire
lµ est l’inductance de magnétisation ramenée au primaire
α est le rapport de transformation du transformateur idéal introduit dans cette modélisation
Une analyse mathématique des deux montages permet de montrer qu’ils sont totalement équivalents si les relations suivantes sont vérifiées :
Lµ = M ⁄ α
l1 = L1 - M ⁄ α
l2 = L2 - αM
Modèles usuels des circuits couplés
Modèle à fuites totalisées au primaire
Dans ce modèle on affirme que les fuites magnétiques n’existent pas pour l’enroulement secondaire. Le paramètre choisi est : l2 = 0 = L2 - αM
Ceci a pour conséquence que les paramètres de ce modèle sont liés avec les inductances par les relations :
Kp = α = L2 ⁄ M
Lp = Lµ = M² ⁄ L2
Lƒp = L1 - Lµ = L1 - M² ⁄ L2 = σL1
avec : σ = 1 - M² ⁄ L1L2 : coefficient de fuite ou coefficient de Blondel.
Ce modèle est particulièrement intéressant lorsqu’on s’intéresse aux effets des inductances de fuite du circuit couplé sur l’alimentation du montage. Par exemple pour le dimensionnement du transformateur dans les alimentations à découpage de type fly-back.
Modèle à fuites totalisées au secondaire
Dans ce modèle on affirme que les fuites magnétiques n’existent pas pour l’enroulement primaire. Le paramètre choisi est : l1 = 0 = L1 - M ⁄ α
Ceci a pour conséquence que les paramètres de ce modèle sont liés avec les inductances par les relations :
Ks = α = M ⁄ L1
Lµ = L1
lƒs = L2 - M² ⁄ L1 = σL2
Pour des raisons de commodité, il est fréquent de ramener l’impédance de fuite du côté primaire
Avec : Ns : impédance ramenée au primaire de l’inductance de fuite secondaire . Cette impédance ramenée ne doit pas être confondue avec l’impédance de fuite primaire du précédent modèle.
Ns = lƒs ⁄ K²s = L1 * (L1L2 ⁄ M² - 1) = L1 * σ ⁄ 1 - σ
Ce modèle est très pratique pour calculer l’influence du circuit magnétique sur l’alimentation électrique quand celle-ci alimente le primaire. On l’utilise par exemple pour modéliser la machine asynchrone
Modèle à fuites séparées
Ce modèle est couramment utilisé pour les transformateurs.
On pose α = m = n2 ⁄ n1 égal au rapport du nombre de spires de la bobine 2 par le nombre de spires de la bobine 1.
On obtient :
Lµ = M ⁄ m
l1 = L1 - M ⁄: m
l2 = L2 - mM
On peut également ramener l’inductance de magnétisation au secondaire et obtenir le modèle équivalent suivant :
avec : L = L ⁄ m²
Modèle en T
on pose α = 1 ce qui revient à faire disparaître le transformateur du modèle :
Attention : Ce modèle fonctionne parfaitement d’un point de vue mathématique mais il est parfois illusoire de vouloir trouver un sens physique aux trois dipôles qui le constituent.
Par exemple les valeurs de L1 - M ou de L2 - M peuvent être négatives, ce qui revient à dire, en régime sinusoïdal de courant, que l’inductance se comporte comme un condensateur.

Un transformateur électrique est un convertisseur servant à modifier les valeurs de tension et d’intensité du courant délivrées par une source d’énergie électrique alternative, en un dispositif de tension

Catégories :

Transformateur électrique - Composant électrique - électrotechnique - Composant passif - Distribution de l’énergie électrique - Dispositif électromagnétique - Traitement de l’énergie électrique
Un transformateur électrique est un convertisseur qui sert à modifier les valeurs de ... de l’énergie électrique par des lignes à haute tension...... (comme sur une montre) entre le primaire et le secondaire du transformateur (ex.... (source)
Un transformateur électrique est un convertisseur servant à modifier les valeurs de tension et d’intensité du courant délivrées par une source d’énergie électrique alternative, en un dispositif de tension et de courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de même forme. Il effectue cette transformation avec un excellent rendement. Il est analogue à un engrenage en mécanique (le couple sur chacune des roues dentées étant l’analogue du courant et la vitesse de rotation étant l’analogue de la tension).
On peut distinguer les transformateurs statiques et les commutatrices. Dans un transformateur statique, l’énergie est transférée du primaire au secondaire par l’intermédiaire du circuit magnétique que forme la carcasse du transformateur. Ces deux circuits sont alors magnétiquement couplés. Ceci sert à réaliser un isolement galvanique entre les deux circuits. Dans une commutatrice, l’énergie est transmise de manière mécanique entre une génératrice et un moteur électrique.
Vue en coupe d’un transformateur triphasé.

Invention

Les principes du transformateur ont été établis en 1831 par Michæl Faraday, mais ce dernier ne s’en servit que pour démontrer le principe de l’induction électromagnétique et n’en prévit les applications pratiques.
Lucien Gaulard, jeune électricien français, présente à la Entreprise française des électriciens, en 1884, un générateur secondaire, dénommé depuis transformateur.
En 1883, Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs réussissent à transmettre pour la première fois, sur une distance de 40 km, du courant alternatif sous une tension de 2000 volts avec transformateurs avec un noyau en forme de barres.
En 1884, Lucien Gaulard met en service une liaison bouclée de démonstration 133 Hz) alimentée par du courant alternatif sous 2000 volts et allant de Turin à Lanzo et retour 80 km). On finit alors par admettre l’intérêt du transformateur qui permet d’élever la tension délivrée par un alternateur et favorise ainsi le transport de l’énergie électrique par des lignes à haute tension. La reconnaissance de Gaulard interviendra trop tardivement.
Entre-temps, des brevets ont été pris aussi par d’autres. Le premier brevet de Gaulard en 1882 n’a même pas été délivré en son temps, sous prétexte que l’inventeur prétendait pouvoir faire quelque chose de rien Gaulard attaque, perd ses procès, est ruiné et finit ses jours dans un asile d’aliénés. Le transformateur de Gaulard de 1886 n’a pas grand-chose à envier aux transformateurs actuels, son circuit magnétique fermé (le prototype de 1884 comportait un circuit magnétique ouvert, d’où un bien médiocre rendement) est constitué d’une grande variété de fils de fer annonçant le circuit feuilleté à tôles isolées.
Ainsi, en 1885, les Hongrois Károly Zipernowsky, Miksa Déry et Otto Titus Bláthy mettent au point un transformateur avec un noyau annulaire commercialisé dans le monde entier par la firme Ganz à Budapest . Aux états-Unis, W.Stanley développe des transformateurs.

Constitution

Photographie des enroulements d’un transformateur triphasé.
Il est constitué de deux parties principales, le circuit magnétique et les enroulements.

Le circuit magnétique

Le circuit magnétique d’un transformateur est soumis à un champ magnétique variable au cours du temps. Pour les transformateurs reliés au secteur de distribution, cette fréquence est de 50 ou 60 hertz. Le circuit magnétique est le plus souvent feuilleté pour diminuer les pertes par courants de Foucault, qui dépendent de l’amplitude du signal et de sa fréquence. Pour les transformateurs les plus courants, les tôles empilées ont la forme de E et de I, donnant la possibilité ainsi de glisser une bobine au sein des fenêtres du circuit magnétique ainsi constitué.
Schémas des tôles d’un transformateur monophasé. Schéma de la carcassed’un transformateur monophasé bas de gamme.
Les circuits magnétiques des transformateurs haut de gamme ont la forme d’un tore. Le bobinage des tores étant plus délicat, le prix des transformateurs toroïdaux est nettement plus élevé.

Les enroulements

Les enroulements sont généralement concentriques pour minimiser les fuites de flux.
Le conducteur électrique utilisé dépend des applications, mais le cuivre est le matériau de choix pour l’ensemble des applications à fortes puissances. Les fils électriques de chaque tour doivent être isolés les uns des autres pour que le courant circule dans chaque tour. Pour des petites puissances, il suffit d’utiliser des conducteurs magnétiques émaillés pour assurer cette isolation dans les applications à plus fortes puissances on entoure les conducteurs de papier diélectrique imprégné d’huile minérale. Pour les plus fortes puissances on utilise des conducteurs multibrins pour limiter l’effet de peau mais aussi les pertes par courants de Foucault.
Les enroulements du primaire ou du secondaire peuvent avoir des connexions externes, nommées prise, à des points intermédiaires de l’enroulement pour permettre une sélection de rapport de tension. Les prises peuvent être connectées à un changeur automatique de prises en charge pour le contrôle de la tension du circuit de distribution. Les transformateurs à fréquences audio, utilisés pour la distribution de l’audio à des haut-parleurs, ont des prises pour permettre l’ajustement de l’impédance de chacun des haut-parleurs. Un transformateur à prise médiane est fréquemment utilisé dans les amplificateurs de puissance audio. Les transformateurs de modulation dans les transmetteurs à modulation d’amplitude sont particulièrement identiques.

Le dispositif de refroidissement

Dans le domaine de l’électricité en basse tension et dans le domaine de l’électronique, la dissipation thermique des transformateurs s’effectue par simple convection naturelle de l’air autour des enroulements primaires et secondaires.
Dans le cadre des circuits électriques à haute tension et de forte puissance, les transformateurs peuvent être équipés de divers systèmes de refroidissement :
ailettes métalliques fixées tout autour de la cuve du transformateur qui évacuent la chaleur par convection naturelle
ailettes fixes associées à un condenseur à circulation forcée de l’huile d’isolation galvanique du transformateur
pour les transformateurs les plus puissants, par exemple ceux des grandes lignes THT de la RTE de 400 à 150 kV, on utilise des dispositifs de ventilation forcée d’un important flux d’air associé ou non à un échange thermique avec l’huile de la cuve. Le système de refroidissement est toujours couplé à un dispositif de capteurs de température jouant le rôle de thermostat (commande automatique de la mise en route de la ventilation).
L’huile contenue dans la cuve joue un double rôle : caloporteur et diélectrique. Les PCB ont été longtemps utilisés, mais depuis leur interdiction en 1987 (décret 87-59 du 2 février 1987, référence NOR ENVP8700002D), on utilise principalement de l’huile minérale.
Enfin signalons que dans le domaine de la radiodiffusion de forte puissance, les transformateurs d’impédance et les transformateurs d’accord sont quelquefois constitués d’une immense self rigide en cuivre creux dans lequel circule de l’eau pure (l’eau pure est un isolant électrique). Des blocs émetteurs de TDF à Allouis dans le Cher ainsi qu’à St-Aoustrille près d’Issoudun dans l’Indre ont utilisé cette technologie de dissipation thermique.

Fonctionnement du transformateur monophasé

Transformateur parfait ou parfait
Transformateur monophasé parfait
C’est un transformateur virtuel sans aucune perte. Il est utilisé pour modéliser les transformateurs réels. Ces derniers sont reconnus comme une association d’un transformateur parfait et de diverses impédances.
Dans le cas où l’ensemble des pertes et les fuites de flux sont négligées, le rapport du nombre de spires primaires sur le nombre de spires secondaires détermine complètement le rapport de transformation du transformateur.
Exemple : Un transformateur dont le primaire comporte 230 spires alimenté par une tension sinusoïdale de 230V de tension efficace, le secondaire qui comporte 12 spires présentera à ses limites une tension sinusoïdale dont la valeur efficace sera égale à 12V. U2 ⁄ U1 = N2 ⁄ N1
Comme on néglige les pertes, la puissance est transmise totalement, c’est pourquoi l’intensité du courant dans le secondaire sera dans le rapport inverse soit près de 19 fois plus importante que celle circulant dans le primaire.
De l’égalité des puissances apparentes :
S1 = S2     U1I1 = U2I2     U2 ⁄ U1 = I2 ⁄ I1

Les pertes de puissance d’un transformateur

Les pertes par effet Joule
Les pertes par effet Joule dans les enroulements sont nommées aussi pertes cuivre, elles dépendent de la résistance de ces enroulements et de l’intensité du courant qui les traverse : avec une bonne approximation elles sont proportionnelles au carré de l’intensité.
Pj = Σi.Ri.i²i avec Rila résistance de l’enroulement i et Iil’intensité du courant qui le traverse.

Les pertes magnétiques

Ces pertes dans le circuit magnétique, aussi nommées pertes fer, dépendent de la fréquence et de la tension d’alimentation. A fréquence constante on peut les considérer comme proportionnelles au carré de la tension d’alimentation. Ces pertes ont deux origines physiques:
Les pertes par courants de Foucault. Elles sont minimisées par l’utilisation de tôles magnétiques vernies, par conséquent isolées électriquement les unes des autres pour former le circuit magnétique, ce en opposition à un circuit massif.les pertes hystérésis, minimisées par l’utilisation d’un matériau ferromagnétique doux.

Mesure des pertes

La méthode des pertes scindées consiste à placer le transformateur dans deux états :
Un état pour lequel les pertes Joule sont élevées (fort courant) et les pertes magnétiques particulièrement faibles (faible tension). La mise en court-circuit du transformateur (essai en court-circuit) avec une alimentation en tension réduite sert à réaliser ces deux conditions. Les pertes du transformateur sont alors presque identiques aux pertes Joule.
Un état pour lequel les pertes magnétiques sont élevées (forte tension) et ou les pertes Joule sont particulièrement faibles (faible courant). Le fonctionnement à vide (essai à vide), c’est-à-dire sans récepteur relié au secondaire, correspond à ce cas. La puissance consommée au primaire du transformateur est alors presque égale aux pertes magnétiques.
On dit qu’on a deux états qui permettent une séparation des pertes d’où l’expression méthode des pertes scindées. Elles ont aussi l’avantage de permettre la mesure du rendement avec une consommation de puissance réduite, sans faire l’essai en fonctionnement réel. Ceci est intéressant quand on réalise les tests d’un transformateur de forte puissance et qu’on ne dispose pas dans l’atelier de la puissance indispensable pour l’alimenter à son régime nominal. Mis à part pour les plates-formes d’essai chez les constructeurs, cette méthode n’a par conséquent pas grand intérêt pour seulement connaître le rendement car, dans ce contexte, une mesure directe à puissance nominale (normale) est fréquemment suffisante.
En revanche, dans le cadre de l’électrotechnique théorique, elle est importante car elle sert à déterminer les éléments servant à modéliser le transformateur.

Les différents types de transformateurs

Ces distinctions sont fréquemment liées aux particulièrement nombreuses applications envisageables des transformateurs.
Autotransformateur
Symbole d’un autotransformateur. 1 indique le primaire et 2 le secondaire.
Il s’agit d’un transformateur sans isolement entre le primaire et le secondaire.
Dans cette structure, le secondaire est une partie de l’enroulement primaire. Le courant alimentant le transformateur parcourt le primaire en totalité et une dérivation à un point donné de ce dernier détermine la sortie du secondaire. Le rapport entre la tension d’entrée et la tension de sortie est semblable à celui du type isolé.
A rendement égal, un autotransformateur occupe moins de place qu’un transformateur cela est dû au fait qu’il n’y a qu’un seul bobinage et que la partie commune du bobinage unique est parcourue par la somme des courants primaire et secondaire. L’autotransformateur n’est intéressant que quand les tensions d’entrée et de sortie sont du même ordre de grandeur : par exemple, 230V/115V. Une de ses principales applications est pour utiliser dans un pays un matériel électronique prévu pour un pays où la tension du secteur est différente (états-Unis, Japon... ). Il présente cependant l’inconvénient de ne pas présenter d’isolation galvanique entre le primaire et le secondaire (c’est-à-dire que le primaire et le secondaire sont directement connectés), ce qui peut présenter des risques du point de vue de la sécurité des personnes.
En France, l’autotransformateur est toujours utilisé pour le raccordement entre le réseau 225kV et 400kV.

Transformateur variable - variac - alternostat

Il s’agit d’une variété d’autotransformateur, dans la mesure où il ne comporte qu’un seul bobinage. La dérivation de sortie du secondaire peut se déplacer grâce à un contact glissant sur les spires du primaire.

Transformateur d’isolement

Le transformateur d’isolement est seulement conçu pour créer un isolement électrique entre plusieurs circuits pour des raisons fréquemment de sécurité ou de résolution de problèmes techniques. L’ensemble des transformateurs à enroulement primaire isolé du (des) secondaire (s) devraient être reconnus comme des transformateurs d’isolement, cependant, en pratique, ce nom sert à désigner des transformateurs dont la tension de sortie a la même valeur efficace que celle de l’entrée.
Le transformateur d’isolement comporte deux enroulements presque semblables au primaire et au secondaire :
le nombre de spires du secondaire est fréquemment particulièrement un peu supérieur au nombre de spires du primaire pour compenser la faible chute de tension en fonctionnement
les sections de fil au primaire et au secondaire sont semblables car l’intensité des courants est la même.
Ils sont , par exemple, beaucoup utilisés dans les blocs opératoires : chaque salle du bloc est équipée de son propre transformateur d’isolement, pour éviter qu’un défaut qui y apparaîtrait n’engendre des dysfonctionnements dans une autre salle.
Un autre intérêt est de pouvoir changer de régime de neutre (cas d’utilisation de matériel informatique et ⁄ ou d’équipements électroniques sensibles dans une installation IT).

Transformateur d’impédance

Le transformateur est toujours un transformateur d’impédance, mais les électroniciens donnent ce nom aux transformateurs qui ne sont pas utilisés dans des circuits d’alimentation.
Le transformateur d’impédance est essentiellement conçu pour adapter l’impédance de sortie d’un amplificateur à sa charge.
Ce genre de transformateur était surtout employé dans la restitution sonore, pour adapter la sortie d’un amplificateur audio à lampes (haute impédance), avec les haut-parleurs conçus pour la restitution du son et caractérisés par une impédance basse.
En électronique audio professionnelle, on utilise toujours des transformateurs pour les entrées et sorties d’appareils haut de gamme, ou bien dans la fabrication de Di-box ou boîte de direct. Le transformateur est alors utilisé, non seulement pour adapter l’impédance et le niveau de sortie des appareils (synthétiseurs, basse électrique etc. ) aux entrées micro de la console de mixage mais en outre pour symétriser la sortie des appareils connectés.
En technique des hautes fréquences, on utilise aussi des transformateurs dont le circuit magnétique est en ferrite ou sans circuit magnétique (aussi nommé transformateur sans noyau) pour adapter les impédances de sortie d’un amplificateur, d’une ligne de transmission et d’une antenne. En effet, pour un transfert optimal de puissance de l’amplificateur vers l’antenne, il faut que le taux d’ondes stationnaires soit égal à 1.
De tels montages présentent en outre l’avantage de rendre les appareils connectés bien plus résistants aux perturbations électromagnétiques par une augmentation significative du CMRR (Common Mode Rejection Ratio) ou taux de réjection du mode commun.

Transformateur de mesure

Les transformateurs de mesure font l’interface entre le réseau électrique et un appareil de mesure. La puissance disponible au secondaire est définie suivant les besoins de l’appareil de mesure.

Transformateur d’intensité

Ce type de transformateur, nommé aussi transformateur de courant, est dédié à l’adaptation des courants mis en jeu dans des circuits différents mais fonctionnellement interdépendants.
Un tel transformateur autorise la mesure des courants alternatifs élevés. Il possède une spire au primaire et plusieurs spires secondaires : le rapport de transformation permet l’usage d’un ampèremètre classique pour mesurer l’intensité au secondaire, image de l’intensité au primaire pouvant atteindre plusieurs kiloampères (kA).

Transformateur de tension

Ce transformateur fait partie des moyens pour mesurer des tensions alternatives élevées. C’est un transformateur qui a la particularité d’avoir un rapport de transformation étalonné avec précision, mais prévu pour ne délivrer qu’une particulièrement faible charge au secondaire, correspondant à un voltmètre. Le rapport de transformation sert à mesurer des tensions primaires s’exprimant en kilovolts (kV). On le rencontre en HTA et HTB. D’autres technologies existent, comme celle du diviseur capacitif.

Transformateur haute fréquence

Circuit magnétique des transformateurs HF
Les pertes par courants de Foucault au sein du circuit magnétique sont directement proportionnelles au carré de la fréquence mais inversement proportionnelles à la résistivité du matériau qui le forme. Pour limiter ces pertes, le circuit magnétique des transformateurs HF est réalisé avec matériaux ferromagnétiques isolants :
les ferrites douces : oxydes mixtes de fer et de cuivre ou de zinc et les matériaux nanocristallins.

Transformateur d’impulsions

Ce type de transformateur est utilisé pour la commande des thyristors, triacs et des transistors. Il présente, comparé à l’opto-coupleur, les avantages suivants : fonctionnement envisageable à fréquence élevée, simplification du montage, possibilité d’apporter un courant important, bonne tenue en tension.

Transformateur triphasé

Justification
Dans les réseaux électriques triphasés, on pourrait idéalement envisager d’utiliser 3 transformateurs, un par phase. Dans la pratique, l’utilisation de transformateurs triphasés (un seul appareil regroupe les 3 phases) est généralisée : cette solution permet la conception de transformateurs bien moins coûteux, avec surtout des économies au niveau du circuit magnétique. Les transformateurs monophasés ne sont en fait guère utilisés, sauf pour de très grosses puissances apparentes (typiquement supérieures à 500 MVA), où le transport d’un gros transformateur triphasé est problématique et incite à l’utilisation de 3 unités physiquement indépendantes.

Couplages existants

Pour un transformateur triphasé, il existe 3 types de couplage d’enroulement :
Le couplage étoile, défini par la lettre Y.
Le couplage triangle, défini par la lettre D ou Δ.
Le couplage zig-zag, défini par la lettre Z.
Liste des couplages envisageables : Yy0, Dd0, Dz0, Yd1, Dy1, Yz1, Yd5, Dy5, Yz5, Yd6, Dd6, dz6 La majuscule est toujours pour la tension la plus forte.

Indice de couplage

C’est la caractéristique d’un transformateur triphasé indiquant le type de couplage réalisé au primaire et au secondaire mais aussi le déphasage entre le dispositif de tensions primaires et le dispositif de tensions secondaires. Les dispositifs triphasés de tension sont : triangle (D ou d) et étoile (Y ou y). La première lettre de l’indice de couplage est toujours en majuscule et indique le dispositif triphasé à tension la plus élevée , la seconde lettre est en minuscule et indique le dispositif à tension la plus basse. Dans le dispositif étoile, le neutre (point central de l’étoile) peut être sorti au bornier du transformateur : ceci est indiqué par la présence de la lettre N (ou n) dans l’indice de couplage. Il existe aussi le couplage zig-zag (z), utilisé surtout au secondaire, il possède un neutre. Ce couplage permet, lors de la perte d’une phase au primaire, d’avoir au secondaire une tension quasiment semblable sur les trois phases. Enfin, l’indice de couplage est complété par un indice horaire qui donne, par pas de 30°, le déphasage horaire en 12es de tour (comme sur une montre) entre le primaire et le secondaire du transformateur (ex : 11 = 11×30° = 330° en sens horaire ou 30° en sens anti-horaire).
le dispositif triphasé de tension élevé est en triangle
le dispositif triphasé de tension basse est en étoile avec neutre sorti (indiqué par le n)
le décalage entre les deux dispositifs est de 330° (= -30° ou bien 11×30°).
Les couplages les plus utilisés sont : Yyn0, Yyn6, Yzn5, Yzn11, Dyn5, Dyn11.

Choix de couplage

Un couplage triangle est utilisé pour connecter le bobinage d’un moteur car il ne nécessite pas de neutre. Il permet la connexion d’une charge monophasée à un dispositif triphasé. Il est particulièrement utilisé dans la distribution de l’électricité.
Un couplage étoile permet d’avoir accès à deux tensions différentes : la tension ligne à ligne et la tension ligne à neutre. Il est particulièrement utilisé dans le transport de l’électricité.
Un transformateur avec un couplage zig-zag est parfois utilisé pour les mises à la terre.

Transformateur diphasé-triphasé

Transformateurs de Scott
Diagramme des transformateurs de Scott
Le montage de Scott sert à transformer des tensions triphasées en diphasées et inversement. Il trouve son application en électronique mais également en production, distribution et transmission d’électricité où le diphasé peut être toujours utilisé. Le montage de Scott se réalise grâce à deux transformateurs. Le premier transformateur a les limites de son primaire connectées à deux phases du triphasé. Le second transformateur est connecté entre la prise centrale du premier transformateur et la phase restante du triphasé. Le rapport de bobinage du premier transformateur sera égal à 1 tandis que pour le second il sera égal à √3 ⁄ 2ce qui équivaut à 0, 866 à peu près. Le secondaire des deux transformateurs sera de tension égale en norme et avec un déphasage de 90 degrés.

alimentation a découpage

Une alimentation à découpage (schéma de principe di dessous) est une alimentation électrique dont la régulation est assurée par un composant électrotechnique utilisé en commutation (généralement un transistor). Ce mode de fonctionnement s’oppose à celui des alimentations statique dans lesquelles le composant électrotechnique est utilisé en mode statique.Les alimentations à découpage se sont fortement développées depuis les années 1980 pour pallier les inconvénients des alimentations statique : poids élevé et faible rendement. Elles sont utilisées désormais dans tous les appareils électroniques grand public .

Fonctionnement

L’alimentation fournit du courant électrique à l’ensemble des composants de l’ordinateur. Le bloc d’alimentation doit posséder une puissance suffisante pour alimenter les différents périphériques de ce dernier.
Elle convertit la tension alternative de 230V en diverses tensions continues utilisées par la carte mère et les périphériques (disque dur,lecteur CD, ).
Aux états-Unis les blocs d’alimentation reçoivent une tension à 110V et à 60Hz, tandis qu’en Europe la norme est de 230V à une fréquence de 50Hz; c’est la raison pour laquelle les blocs d’alimentation possèdent la plupart du temps un commutateur permettant de choisir le type de tension reçue.
En général, le bloc alimentation est un convertisseur de type alimentation à découpage, alliant légèreté, rendement important et compacité. Par contre ce type d’alimentation génère beaucoup de parasites haute fréquence, plus ou moins bien filtrés par les boitiers métalliques ou métallisés formant une cage de Faraday et les filtres d’entrée et de sortie.

Tensions et connectique

Il est composé de deux types de brochages principaux: AT et ATX d’un interrupteur à l’arrière afin d’éviter un court-circuit inattendu en cas de problèmes, voire même tout simplement afin de pouvoir aisément mettre l’ordinateur sur tension ou hors tension.

Connexion des périphériques

Les deux types d’alimentation comportent des sorties pour alimenter les périphériques. Trois types de connecteurs sont utilisés:
schema connecteur molex connecteur sata et molex connecteur atx , sata , molex

Alimentation AT

C’est un format d’alimentation à découpage utilisé dans les ordinateurs PC de type Pentium et antérieur. Ce type d’alimentation fournit des tensions de sorties continues de +5V, +12V et -12V. Dans ces alimentations, l’interrupteur de mise en service est directement branché sur le réseau électrique.

Son brochage est le suivant:

Schéma de connexion alimentation AT
Pin P9 Description Pin P8 Description
6 +5V 6 Masse
5 +5V 5 Masse
4 +5V 4 -12V
3 -5V 3 +12V
2 Masse 2 +5V
1 Masse 1 Alimentation correcte

Alimentation ATX



C’est le format d’alimentation à découpage utilisé dans les ordinateurs PC de type Pentium II et postérieur. L’alimentation fournit les tensions de sorties suivantes :
+5V
-5V
+12V-12V
+33V
Dans ces alimentations, l’interrupteur de mise en service est connecté sur la carte mère, le réseau électrique est connecté en permanence, avec parfois un interrupteur de sécurité pour la maintenance.

Autres formats

Il existe d’autres formats moins courants:
BTX, développé par Intel et Sony pour remplacer l’ATX, standard depuis de nombreuses années; le principal objectif du BTX est une ventilation optimale du processeur. Quelques défauts importants ont néanmoins freiné son expansion et en 2007 il sera abandonné bien que décliné dans d’autres format: le microBTX (26,4 × 26,6cm) et le picoBTX (20,3 × 26,6cm);
Baby AT, boîtier similaire au format AT, mais moins encombrant;
NLX, format de boîtier et de carte mère; il présente la particularité de séparer la carte mère en deux éléments distincts, l’un d’eux recevant le processeur, la mémoire et les autres composants essentiels de la carte, l’autre accueillant les cartes d’extensions.

Contraintes techniques

Le rendement
Le rendement d’une alimentation est très important. Il s’agit du rapport entre la puissance délivrée aux composants et la puissance tirée de la prise électrique. Elle doit transformer le courant électrique alternatif du secteur en courant électrique continu que les composants du PC peuvent utiliser. Lors de cette transformation il y a une déperdition d’énergie sous forme de chaleur (c’est bien pour cela qu’il faut refroidir l’alimentation). Il est par conséquent important de choisir une alimentation à fort rendement, pour avoir une consommation électrique, un dégagement de chaleur moindre impactant un besoin de ventilation plus faible et moins bruyant.
En prenant pour comparaison des alimentations avec un rendement de 72% (rendement préconisé par Intel et sa norme ATX) et de 80% (rendement préconisé par le groupement américain 80 plus), "ramené à la France pour 2006, année lors de laquelle se sont vendus 7850000 PC, le gain économique équivaut à plus de 53 millions d’euros en facture d’électricité pour un gain de 667250000kWh
Type Puissance Watt Rendement typique Coût moyen Tension d’entrée Volts) Isolation Stockage d’énergie Niveau de sortie Caractéristiques
Buck 0-1000 75% 1.0 5-1000* N Simple inductance Vout Vin  
Boost 0-150 78% 1.0 5-600* N Simple inductance Vout Vin  
Buck-boost 0-150 78% 1.0 5-600* N Simple inductance Up ou down Tension de sortie inversée
Flyback 0-150 78% 1.0 5-600 O Transformateur Up ou down Sorties multiples
Half-Forward 0-250 75% 1.2 5-500 O Transformateur + inductance    
Forward   78%     O Transformateur + inductance   Sorties multiples
Push-Pull 100-1000 72% 1.75 50-1000 O      
Half Bridge 0-500 72% 1.9 50-1000 O      
Full-Bridge 400-2000 69% >2.0 50-1000 O      
Resonant, zero voltage switched 1000   2.0          
Cuk         N Condensateur + 2 inductances Up ou down Tension négative pour une entrée positive
Inverting charge-pump (Cuk modifié)         N Simple inductance   Tension de sortie négative et d’une amplitude supérieure à la tension d’entrée
SEPIC         N 2 inductances Up ou down  
pompe de charge         N Condensateurs uniquement   Utilisés pour générer de très hautes tensions voltage multipliers), ou sur des circuits intégrés faible puissance (par exemple pour polariser des mémoires)

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