Isolation électrique avec transformateurs : analyse SPICE et applications pratiques

Analyse SPICE de l'isolation électrique

Les transformateurs n'activent pas seulement la conversion de tension et de courant dans les circuits AC et DC, mais offrent aussi une caractéristique critique connue sous le nom d'isolation électrique. Cette capacité permet à deux circuits d'être magnétiquement couplés sans aucune connexion filaire directe, protégeant les composants sensibles et améliorant la sécurité.

Pour illustrer cet effet, nous exécutons une simulation SPICE qui impose une haute tension DC du côté secondaire tout en mettant à la terre les deux circuits :

Transformateur isolant 10 Vac à V1 de 250 Vdc à V2.

v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12
v2 5 0 dc 250
l1 2 0 10000
l2 3 5 100
k l1 l2 0.999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.end

Tensions DC référencées à la terre (nœud 0) : (1) 0.0000 (2) 0.0000 (3) 250.0000 (4) 250.0000 (5) 250.0000
Tensions AC : freq v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Enroulement primaire
freq v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Enroulement secondaire

SPICE montre que les 250 Vdc sont présents sur le circuit secondaire par rapport à la terre, pourtant le circuit primaire enregistre zéro tension DC aux nœuds 1 et 2. La transformation AC reste inchangée, confirmant que le transformateur bloque efficacement la tension de mode commun du côté primaire.

La tension appliquée au secondaire est souvent appelée tension de mode commun car elle est référencée à un point commun (terre) et apparaît à plusieurs nœuds. L'isolation du transformateur empêche cette tension d'influencer le circuit primaire.

Cette propriété d'isolation vaut que la tension de mode commun soit DC ou AC, même à une fréquence différente.

Dans les applications nécessitant des niveaux de tension et de courant identiques des deux côtés, des transformateurs d'isolation 1:1 sont utilisés. Ces dispositifs maintiennent la même tension et le même courant tout en fournissant l'isolation électrique. Un transformateur d'isolation de paillasse typique est montré ci-dessous.

Transformateur d'isolation isolant l'alimentation du secteur.

• Les transformateurs permettent le transfert de puissance entre circuits sans conducteurs directs, offrant l'isolation électrique.
• Les transformateurs d'isolation sont spécifiquement conçus pour fournir cette isolation sans changer les rapports de tension ou de courant.

• Fiche d'exercices sur les transformateurs élévateurs, abaisseurs et d'isolation