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Parfois, la tension fournie par le courant électrique n’est pas adaptée. Il arrive que l’on ait besoin d’une tension différente des classiques 230 V pour alimenter un appareil ou un réseau. En effet, chaque pays possède ses normes et les appareils peuvent avoir besoin d’une tension différente pour fonctionner. Alors les transformateurs et autotransformateurs entrent en jeu pour convertir cette tension.
Attention, bien que leurs noms soient proches, ces deux appareils sont différents. Encore trop de monde trompe et suppose qu’un transformateur et un autotransformateur sont identiques. Mais quelles sont alors les différences ?
Un transformateur est formé de deux fils enroulés autour d’un noyau (en fer, ferrite, acier ou vide). Ce sont des bobines, qui permettent de faire naviguer le courant par un champ magnétique entre elles. Ces deux enroulements ne se touchent pas. Leur représentation sur les schémas découle de cette spécificité de l’association séparée de deux bobines (ou plus).
Celles-ci sont totalement indépendantes et n’ont aucun contact direct, le courant ne passe pas directement (la connexion est inductive). On parle alors d’isolement galvanique. L’enroulement d’entrée, connecté au secteur, est l’enroulement primaire. Chaque enroulement de sortie correspond à une valeur de tension. Il existe autant de bobines que de tension obtenue sur les circuits à alimenter.
Les transformateurs ont la capacité de diminuer ou d’augmenter la tension de sortie, mais ils peuvent également la diviser (alors la somme de la tension sortante est égale à celle entrante).
Mais, si jamais un enroulement secondaire avec une plus faible tension reçoit une alimentation, le phénomène inverse agit. C’est-à-dire que l’enroulement primaire verra sa tension augmentée. C’est aussi le cas lors des suralimentations.
Au minimum, un transformateur est composé de deux enroulements : le primaire et le secondaire. Le primaire demeure toujours connecté à une source de courant alternatif (ou le réseau si le transformateur en fait partie). Au passage du courant, la bobine créée à travers son noyau un flux magnétique. Ce dernier se transmet alors au second enroulement par induction électromagnétique.
La loi de Faraday explique ce fonctionnement.
Si jamais un courant est envoyé dans un des enroulements secondaires, le courant dans l’environnement primaire change alors aussi. C’est le principe de l’induction mutuelle qui régit les transformateurs.
Il est possible de calculer la différence de tension entre les deux enroulements en fonction du nombre de leur nombre de spires respectif.
Rapport de transformation (m) = nombre de spires du primaire / nombre de spires du secondaire = n1/n2
Ce même rapport est aussi égal à : tension appliquée au secondaire / tension appliqué au primaire = U2/U1.
Donc m = U2/U1 = n2/n1
L’autotransformateur possède également des bobines, des fils entourés autour d’un noyau. La différence se trouve dans un contact entre l’enroulement primaire et les secondaires. En effet, dans un autotransformateur, il existe une connexion électrique entre ces deux circuits. À la différence du transformateur, il n’existe pas d’isolement galvanique, de séparation entre les courants entrants et sortants.
L’autotransformateur est capable d’élever au d’abaisser la tension comme un simple transformateur. Il existe des autotransformateurs à tension de sortie fixe et d’autres ont la capacité d’être réglable, les laboratoires autotransformateurs (LATR). Pour réussir cette prouesse, l’enroulement secondaire possède une connexion sur toute sa longueur.
Attention ! Vu que les enroulements sont liés, il n’existe pas d’isolation galvanique comme dans un transformateur. Donc, à la différence d’un transformateur, l’autotransformateur ne peut pas servir d’isolant dans un circuit.
Classiquement, les enroulements d’un autotransformateur sont égaux au nombre de phases. Ainsi, un simple enroulement servira pour des dispositifs monophasés alors que trois enroulements serviront des triphasés.
L’autotransformateur comporte un nombre d’enroulements identique au nombre de phases. Le flux magnétique produit par le passage du courant alternatif au sein de l’autotransformateur sera alors proportionnel au nombre de spires. La charge de l’enroulement secondaire, en contact avec le primaire, sera transmise par un robinet directement depuis les spires.
Ainsi, pour un autotransformateur qui élève la tension, l’alimentation ne passe par d’une spire à l’autre comme un transformateur classique, elle se retrouve à l’extrémité primaire et à la suite du robinet des spires.
Pour résumé, l’autotransformateur sera plus efficace grâce à moins d’enroulements nécessaires et donc une plus petite taille. De plus, il possède un faible coût du fait du nombre de bobinages moins important et donc du besoin de cuivre et d’acier plus faible.
Toutefois, le transformateur possède des avantages aussi. Il permet une isolation galvanique à la différence de l’autotransformateur. De par sa conception, il permet également une forte protection des appareils électriques sur le réseau. L’autotransformateur, quant à lui, ne le permet pas. En effet, en cas de casse de la bobine après le robinet, toute la tension d’alimentation sera transmise à l’appareil.
Les plus fréquemment rencontrés sont les transformateurs. Vous les rencontrez dans la majorité des alimentations des appareils domestiques, mais également dans les plus grands réseaux au niveau des sous-stations ou des centrales. Ils permettent donc d’influer sur des petites tensions jusqu’à des voltages impressionnants.
Les autotransformateurs stabilisent principalement les tensions domestiques. Mais, ils se trouvent également au niveau des réseaux de chemin de fer. De nouvelles applications les installent au niveau des réseaux haute tension. Ils permettent aussi de participer à la maintenance d’appareils électroménagers ou électroniques dans des laboratoires.
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