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Dans les systèmes électriques modernes, l’inductance et les transformateurs électriques jouent un rôle central. Qu’il s’agisse de distribution d’énergie, d’automatisation industrielle ou d’électronique de puissance, ces composants assurent la conversion, l’isolation, la protection et l’adaptation des niveaux de tension et de courant. Ils sont omniprésents dans les installations électriques, et leur compréhension est indispensable pour les ingénieurs, électriciens, techniciens de maintenance et intégrateurs.
L’inductance, souvent matérialisée par une bobine, appellée bobine d'inductance est un phénomène électromagnétique qui permet de stocker de l’énergie sous forme de champ magnétique. Elle est directement liée à la structure du noyau magnétique, au nombre de spires d’une bobine, à la section du fil, et à la nature du matériau utilisé (comme les ferrites ou les aciers doux).
Un transformateur, qu’il soit monophasé, triphasé, abaisseur ou élévateur, fonctionne justement grâce à ce principe d’induction électromagnétique, pour transférer de l’énergie d’un circuit à un autre sans contact direct, mais par couplage magnétique.
Les transformateurs électriques permettent d'adapter la tension ou le courant à un usage spécifique. Parmi les principaux modèles, on retrouve :
Le transformateur monophasé est le plus courant dans les applications résidentielles et tertiaires. Il comprend un enroulement primaire et un enroulement secondaire, souvent autour d’un noyau magnétique en tôle ferromagnétique. Il permet de modifier la tension du réseau (par exemple de 230 V à 12 V) pour alimenter des appareils spécifiques.
Dans les milieux industriels, le transformateur de tension triphasé est incontournable. Il est conçu pour supporter des charges plus élevées et pour équilibrer les phases dans des systèmes complexes. L’étude d’un transformateur triphasé prend en compte les configurations étoile (Y) et triangle (Δ), les tensions de ligne et de phase, ainsi que les courants nominaux.
Un transformateur d’isolement, aussi appelé transformateur de séparation, est utilisé pour découpler électriquement deux circuits tout en transmettant l’énergie. Cela améliore la sécurité des personnes et des équipements, notamment dans les environnements médicaux ou les installations industrielles sensibles.
Les transfos d’isolement réduisent aussi les interférences électromagnétiques (EMI) et protègent contre les surtensions transitoires.
Contrairement au transformateur classique, l’autotransformateur triphasé n’utilise qu’un seul enroulement pour le primaire et le secondaire. Le principe repose sur le fait que la partie commune de l’enroulement sert à la fois d’entrée et de sortie. Cela permet des économies en termes de matériaux, de place, et d’efficacité. Il est particulièrement utilisé dans les réseaux où l’isolation galvanique n’est pas une exigence. A noter qu'il est également possible d'obtenir un autotransformateur réversible.
• Transformateur de commande : destiné à fournir une tension réduite et stable aux circuits de commande des machines industrielles.
• Transformateur torique : grâce à sa forme circulaire, il présente peu de pertes magnétiques et est plus silencieux. C’est un avantage dans les applications où compacité et efficacité sont requises.
• Transformateur élévateur de courant : inverse de l’abaisseur, il est utilisé pour alimenter des équipements à haute tension.
• Transformateur abaisseur de tension 220V 12V : très fréquent dans les équipements LED, domotiques, ou électroniques.
L’inductance est une propriété des conducteurs électriques qui permet de générer un champ magnétique proportionnel au courant qui le traverse. Elle se mesure en henrys (H). Plus le nombre de spires, la perméabilité du matériau, et la section du fil sont importants, plus l’inductance augmente.
La formule classique de l’inductance d’une bobine est :
L=μ⋅N2⋅AlL = \frac{\mu \cdot N^2 \cdot A}{l}L=lμ⋅N2⋅A
Où :
• LLL = inductance en henrys,
• μ\muμ = perméabilité magnétique,
• NNN = nombre de spires,
• AAA = section du noyau,
• lll = longueur de la bobine.
Le nombre de spires d’une bobine influe directement sur la valeur d’inductance, mais aussi sur la résistance du fil et la dissipation thermique.
Les selfs sont des bobines destinées à filtrer les signaux électriques ou à limiter le courant dans des circuits de puissance. Elles sont omniprésentes dans les convertisseurs AC/DC, les alimentations à découpage, et les dispositifs de correction de facteur de puissance.
Le bobinage moteur électrique concerne la fabrication ou la réparation d’enroulements de moteurs asynchrones, à courant continu ou à bague. Le bobinage moteur triphasé est plus complexe du fait des trois phases à équilibrer parfaitement.
Rebobiner un moteur permet de restaurer ses performances à moindre coût. Cette opération nécessite une expertise en électrotechnique, l’analyse des schémas de connexion, et l’utilisation d’outils de test (pont de mesure, mégohmmètre..).
La réparation de transformateur inclut :
• Le diagnostic des enroulements (tests d’isolement, court-circuit, mesure d’impédance),
• Le rebobinage,
• Le remplacement du noyau magnétique ou des éléments de protection (fusibles thermiques)
Le fonctionnement d’un transformateur repose sur l’induction électromagnétique : le courant alternatif dans l’enroulement primaire crée un champ magnétique variable, qui induit un courant dans l’enroulement secondaire. Le rapport entre les tensions est égal au rapport entre les nombres de spires.
VsVp=NsNp\frac{V_s}{V_p} = \frac{N_s}{N_p}VpVs=NpNs
Un transformateur de courant alternatif fonctionne uniquement avec un signal AC. Le transfo courant continu n’existe pas en tant que tel : le courant continu ne crée pas de variation de flux magnétique, donc pas d’induction. Pour convertir le DC, on utilise des convertisseurs électroniques (hacheurs, onduleurs) avec transformateurs ferrite haute fréquence.
Il est possible d’utiliser un autotransformateur triphasé pour transformer une alimentation triphasée en monophasée, à condition de bien équilibrer les charges et d’éviter les déséquilibres de tension. Des schémas spécifiques (type V ou Scott-T) permettent aussi cette adaptation.
Le noyau magnétique influence fortement les pertes et le rendement. Les noyaux ferrites sont adaptés aux hautes fréquences ; les noyaux laminés sont préférés pour les transformateurs 50/60 Hz. Le choix du matériau impacte directement les effets de pertes par courants de Foucault et l’efficacité énergétique globale.
L’efficacité énergétique, la sécurité, et la fiabilité des installations électriques dépendent fortement du choix et de la qualité des transformateurs et composants à inductance. Les transformateurs d’isolement, autotransformateurs, bobines de self, et les pratiques de bobinage moteur sont des éléments structurants à intégrer dans toute conception ou rénovation de système électrique.
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