2) La transformation d'une tension alternative.
Rôle d'un transformateur
Un transformateur sert à modifier la valeur efficace d'une tension alternative. Il peut l'abaisser ou l'élever.
De--SS--ion d'un transformateur
Un transformateur est constitué de 2 bobines de fil de cuivre isolé montées sur une armature en fer doux.
Remarque: Le fer doux est du fer pur, alors que l'acier est un alliage de fer et de carbone. Le fer doux et l'acier s'aimantent lorsqu'ils sont placés dans le champ magnétique d'une bobine, mais lorsqu'on interrompt le courant dans la bobine, le fer doux cesse d'être aimanté alors que l'acier conserve son aimantation.
La bobine d'entrée est appelée primaire, celle de sortie, secondaire. Les 2 bobines sont indépendantes. Il n'existe aucune liaison électrique entre elles.
L'armature en fer doux passe à l'intérieur des bobines et se referme à l'extérieur. Elle est constituée de plaques superposées pour diminuer les pertes.
Le fil de cuivre est isolé par un vernis transparent qui pourrait laisser croire que le fil est nu.
Fonctionnement d'un transformateur
En déplaçant un aimant près d'une bobine, on crée une tension variable dans la bobine (voir alternateurs). La tension induite dans la bobine est due à la variation du champ magnétique de l'aimant que l'on déplace.
Ici, c'est la variation du champ magnétique créé par le courant variable circulant dans la bobine primaire qui induit une tension variable dans la bobine secondaire.
Remarque: Un transformateur ne fonctionne pas en courant continu (pas de variation du champ magnétique), de même qu'un alternateur ne fournit aucune tension si on ne le fait pas tourner.
Si le primaire est soumis à une tension alternative, le secondaire sera soumis à une tension alternative de même fréquence.
La tension efficace obtenue au secondaire dépend du nombre de spires des bobines.
Rapport de transformation
Le rapport de transformation k est le quotient de la tension au secondaire Us et de la tension au primaire Up:
k = Us / Up
Exemple: Un transformateur qui fournit une tension de 24 V à la sortie lorsque l'entrée est soumise à 240V a un rapport de transformation:
k = 24V / 240V = 1/10 = 0,1
Si on compte le nombre de spires des bobines de ce transformateur on observera que le rapport est environ 1/10
Le rapport d'un transformateur (supposé sans pertes) est égal au quotient du nombre Us de spires au secondaire et du nombre Up de spires au primaire.
k = Ns / Np
Il suffit que le nombre de spires au secondaire soit dix fois plus petit qu'au primaire pour obtenir un rapport k = 1/10
Cette règle suppose le transformateur idéal, sans perte. Elle est assez bien vérifiée à vide, c'est-à-dire lorsque rien n'est branché au secondaire. Mais lorsque le courant passe dans cette bobine, on constate une chute de tension.
Remarque: Pour minimiser les pertes, le nombre de spires doit être suffisant. Il n'est pas possible de réaliser un transformateur de rapport 1/10 avec 20 spires au primaire et 2 spires au secondaire. On compte souvent une dizaine de spires par volt soit environ 2000 spires pour un primaire relié au secteur 230V