LE TRANSFORMATEUR DE TENSION

Le transformateur est un composant employé dans pratiquement tous les appareils électroniques. Il sert à augmenter ou à réduire la valeur de n’importe quelle tension alternative. Il peut être monté directement sur le circuit imprimé, sur le châssis ou dans le boîtier, mais il peut également être externe.

Grâce au transformateur, il est possible d’élever la tension alternative du secteur 120 volts à des valeurs de 400, 500 ou 1000 volts, par exemple, ou bien de la réduire à des valeurs de 5, 12, 18, 25 ou 50 volts, toujours par exemple. En fait, un transformateur permet de transformer n’importe quelle tension alternative en n’importe quelle autre tension également alternative.

La plupart des appareils électroniques étant alimentés par une tension continue, nous vous apprendrons à transformer une tension alternative en tension continue en utilisant des diodes au silicium ou des ponts redresseurs. Nous verrons également la raison pour laquelle il est nécessaire de toujours monter un condensateur électrolytique de capacité élevée sur la sortie de la tension alternative redressée.

Il est possible de transférer par induction une tension alternative d’une bobine à une autre, dès lors qu’elles contiennent un noyau en fer.

Cette propriété est utilisée en électronique pour réaliser les transformateurs de tension pour alimentation.

On appelle l’enroulement sur lequel est appliquée la tension à transformer le « primaire » et l’enroulement duquel la tension transformée est prélevée, le « secondaire »

La tension alternative pouvant être prélevée de l’enroulement secondaire est proportionnelle au nombre de spires bobinées.

Il en découle que, si on enroule 100 spires sur l’enroulement primaire et que l’on a le même nombre de spires sur l’enroulement secondaire, on devrait, théoriquement, trouver sur le secondaire une tension identique à la tension appliquée sur le primaire.

Donc, en appliquant une tension alternative de 10 volts sur l’enroulement primaire, on devrait, en théorie, trouver 10 volts sur l’enroulement secondaire.

Si l’enroulement du secondaire comporte le double de spires du primaire, c’est-à-dire 200, on devrait alors y trouver une tension double, c’est-à-dire 20 volts.

Si l’enroulement du secondaire ne comporte que la moitié des spires du primaire, c’est-à-dire 50, on devrait alors n’y trouver que la moitié de la tension, c’est-à-dire 5 volts.

En variant le rapport des spires entre l’enroulement primaire et le secondaire, on obtiendra de l’enroulement secondaire du transformateur, n’importe quelle valeur de tension.

Si on applique sur un enroulement primaire composé de 600 spires, une tension de secteur 120 volts, on obtiendra un rapport spires/volts égal à :

600 : 120 = 5 spires par volt

C’est pourquoi, si on voulait obtenir sur l’enroulement secondaire une tension de 12 volts, on devrait, en théorie, bobiner :

5 x 12 = 60 spires

Si, au contraire, on voulait obtenir sur le secondaire une tension de 35 volts, on devrait, en théorie, bobiner :

5 x 35 = 175 spires

Dans la pratique, pour compenser les pertes de transfert intervenues entre l’enroulement primaire et le secondaire, le nombre de spires par volt de l’enroulement secondaire doit être multiplié par 1,06. Donc, pour obtenir une tension de 12 volts, on ne devrait plus enrouler 60 spires, mais :

5 x 12 x 1,06 = 63,6 spires

Résultat que l’on peut facilement arrondir à 64 spires car cette 0,4 spire nous donnera 12,07 volts au lieu de 12,00 volts, c’est-à-dire une différence dérisoire.

De même que pour obtenir une tension de 35 volts, on ne devra plus enrouler 175 spires, mais :

5 x 35 x 1,06 = 185,5 spires

Résultat que l’on peut arrondir à 185 ou bien à 186, car une demie spire ne détermine une différence, en plus ou en moins, que de 0,1 volt.

Remarque : En mesurant la tension d’un secondaire à vide, c’est-à-dire sans le relier à un circuit absorbant du courant électrique, on trouvera une tension légèrement supérieure à ce que l’on a calculé. Dès que l’on reliera cet enroulement à un circuit absorbant du courant, la tension tombera à la valeur nécessaire.

Les transformateurs sont généralement utilisés pour abaisser la tension du secteur 120 volts à des valeurs de 9, 12, 18, 24 ou 35 volts de façon à pouvoir alimenter des transistors, des circuits intégrés, des relais, des écrans, etc.

Un transformateur peut aussi disposer de plusieurs secondaires capables de fournir des tensions différentes de façon à pouvoir satisfaire toutes les exigences d’un montage. On peut donc trouver dans le commerce des transformateurs équipés d’un primaire 120 volts et de plusieurs secondaires capables de fournir respectivement 12, 20, 50 volts, etc.

Les enroulements primaire et secondaire(s) d’un transformateur « abaisseur » de tension se reconnaissent facilement :

L’enroulement primaire est formé de beaucoup de spires de fil fin et de ce fait a une meilleure résistance ohmique,

Le ou les secondaires sont formés de peu de spires de gros fil et donc ont une faible résistance ohmique.

Dimensions et puissance

Les dimensions des transformateurs varient selon leur puissance.

A caractéristiques de tensions primaire et secondaire équivalentes, les transformateurs de petites dimensions ne peuvent évidemment fournir que de petites puissances. Plus leur taille augmente, plus la puissance augmente.

Il est possible de déterminer, en fonction du courant et de la tension que l’on peut obtenir sur ses secondaires, la puissance en VA d’un transformateur.

Si l’on a un transformateur équipé de deux secondaires, l’un capable de fournir 12 volts sous 1,3 ampère et l’autre 18 volts sous 0,5 ampère, pour connaître sa puissance, il suffit de multiplier la tension par le courant donc les volts par les ampères (V x A = VA) :

12 x 1,3 = 15,6 VA

18 x 0,5 = 9 VA

puis d’additionner la puissance débitée par les deux enroulements :

15,6 + 9 = 24,6 VA au total

Si l’on a un enroulement calculé pour débiter un maximum de 1,3 ampères, on pourra également prélever des tensions de courant inférieures, par exemple 0,1, 0,5, ou 1 ampère, mais on ne pourra jamais dépasser les 1,3 ampères, car autrement le transformateur surchauffera et par conséquent, s’endommagera.

Le noyau d’un transformateur

Le noyau d’un transformateur n’est jamais constitué d’un bloc de fer compact, car lorsqu’un noyau compact est soumis à un champ magnétique alternatif, il surchauffe sous l’effet des courants parasites qui se déplacent à l’intérieur.

Pour neutraliser ces courants, qui réduisent de façon considérable le rendement du transformateur, le noyau s’obtient en superposant de fines lamelles de fer et de silicium, séparées des deux côtés par un oxyde, de façon à parfaitement les isoler les unes des autres. Ces lamelles sont généralement appelées « tôles ».

Le type de tôle au silicium le plus utilisé est celui qui se compose d’un « E » et d’un « I » (EI). Ces lamelles sont placées à l’intérieur du support sur lequel sont bobinés les enroulements primaire et secondaire(s). Pour obtenir un bon rendement, on monte les tôles de façon alternée, c’est-à-dire « E – I », puis « I – E », etc. En plaçant tous les « E » d’un même côté et tous les « I » du côté opposé, on réduit le rendement du transformateur.

Les tôles en « C », que l’on trouve déjà façonnées et compactées comme montré sur la figure, nous permettent d’obtenir des rendements qui peuvent atteindre 88 %. Quand on introduit ces blocs dans le support, il faut toujours diriger leurs points colorés les uns face aux autres, parce que leurs surfaces sont meulées en couple afin de réduire au minimum l’entrefer.

Secondaires en série ou en parallèle

Il est possible de relier en série deux secondaires d’un transformateur afin d’en augmenter la tension, ou de les relier en parallèle pour en augmenter le courant.

En reliant en série deux enroulements débitant 12 volts 1 ampère, nous pourrons obtenir 12 + 12 = 24 volts sous 1 ampère sur les deux extrémités.

Si les deux enroulements 12 volts 1 ampère étaient reliés en parallèle, on obtiendrait une tension de 12 volts 2 ampères.

Lorsque deux enroulements sont reliés en parallèle, il est absolument nécessaire qu’ils débitent la même tension car, dans le cas contraire, l’enroulement qui débite la tension la plus grande se déchargerait sur l’enroulement débitant une tension inférieure, endommageant ainsi le transformateur.

Quand deux enroulements sont reliés en série, il est important de vérifier que les deux tensions soient de même phase. Dans le cas contraire, les tensions s’annuleront au lieu de s’additionner et on obtiendra 0 volt en sortie.