Configurations d'enroulement

Transformateurs avec plusieurs secondaires

Les transformateurs sont des appareils très polyvalents. Le concept de base du transfert d'énergie entre les inducteurs mutuels est assez utile entre une seule bobine primaire et une seule bobine secondaire, mais les transformateurs n'ont pas besoin d'être fabriqués avec seulement deux ensembles d'enroulements. Considérez ce circuit de transformateur :

Le transformateur avec plusieurs secondaires fournit plusieurs tensions de sortie.

Ici, trois bobines d'inductance partagent un noyau magnétique commun, les "couplant" magnétiquement ou les "liant" ensemble. La relation entre les rapports de rotation des enroulements et les rapports de tension observés avec une seule paire d'inducteurs mutuels est toujours vraie ici pour plusieurs paires de bobines.

Il est tout à fait possible de monter un transformateur tel que celui ci-dessus (un enroulement primaire, deux enroulements secondaires) dans lequel un enroulement secondaire est un abaisseur et l'autre est un élévateur.

En fait, cette conception de transformateur était assez courante dans les circuits d'alimentation des tubes à vide, qui devaient fournir une basse tension pour les filaments des tubes (généralement 6 ou 12 volts) et une haute tension pour les plaques des tubes (plusieurs centaines de volts) à partir de une tension primaire nominale de 110 volts AC.

Non seulement des tensions et des courants d'amplitudes complètement différentes sont possibles avec un tel transformateur, mais tous les circuits sont électriquement isolés les uns des autres.

Photographie d'un transformateur à enroulements multiples avec six enroulements, un primaire et cinq secondaires.

Le transformateur de la figure ci-dessus est destiné à fournir à la fois les hautes et basses tensions nécessaires dans un système électronique utilisant des tubes à vide. Une basse tension est nécessaire pour alimenter les filaments des tubes à vide, tandis qu'une haute tension est nécessaire pour créer la différence de potentiel entre la plaque et les éléments cathodiques de chaque tube.

Un transformateur à plusieurs enroulements suffit pour fournir avec élégance tous les niveaux de tension nécessaires à partir d'une seule source de 115 V. Les fils de ce transformateur (15 d'entre eux !) Ne sont pas représentés sur la photo, étant cachés.

Si l'isolation électrique entre les circuits secondaires n'est pas d'une grande importance, un effet similaire peut être obtenu en "tapotant" un seul enroulement secondaire à plusieurs points le long de sa longueur, comme la figure ci-dessous.

Un seul secondaire à prise fournit plusieurs tensions.

Transformateur de commutation multipolaire

Un robinet n'est rien de plus qu'une connexion filaire établie à un moment donné sur un enroulement entre les extrémités. Sans surprise, la relation tour d'enroulement/amplitude de tension d'un transformateur normal est vraie pour tous les segments d'enroulements à prises. Ce fait peut être exploité pour produire un transformateur capable de rapports multiples :

Un secondaire à prise utilisant un commutateur pour sélectionner l'une des nombreuses tensions possibles.

Transformateur Variable

En poussant plus loin le concept de prises d'enroulement, nous nous retrouvons avec un «transformateur variable», où un contact coulissant est déplacé le long d'un enroulement secondaire exposé, capable de se connecter avec lui à n'importe quel point de sa longueur. L'effet est équivalent à avoir une prise d'enroulement à chaque tour de l'enroulement, et un interrupteur avec des pôles à chaque position de prise :

Un contact glissant sur le secondaire fait varier en permanence la tension secondaire.

Une application grand public du transformateur variable concerne les commandes de vitesse pour les trains miniatures, en particulier les trains des années 1950 et 1960. Ces transformateurs étaient essentiellement des unités abaisseurs, la tension la plus élevée pouvant être obtenue à partir de l'enroulement secondaire étant sensiblement inférieure à la tension primaire de 110 à 120 volts CA.

Le contact à balayage variable a fourni un moyen simple de contrôle de la tension avec peu d'énergie gaspillée, beaucoup plus efficace que le contrôle à l'aide d'une résistance variable !

Les contacts à glissière mobile sont trop peu pratiques pour être utilisés dans les grandes conceptions de transformateurs de puissance industriels, mais les commutateurs multipolaires et les prises d'enroulement sont courants pour le réglage de la tension. Des ajustements doivent être effectués périodiquement dans les systèmes d'alimentation pour s'adapter aux changements de charges au fil des mois ou des années, et ces circuits de commutation constituent un moyen pratique.

En règle générale, ces « interrupteurs de prise » ne sont pas conçus pour gérer le courant à pleine charge, mais doivent être actionnés uniquement lorsque le transformateur a été mis hors tension (pas d'alimentation).

Autotransformateur

Étant donné que nous pouvons exploiter n'importe quel enroulement de transformateur pour obtenir l'équivalent de plusieurs enroulements (bien qu'avec une perte d'isolement électrique entre eux), il est logique qu'il soit possible de renoncer complètement à l'isolement électrique et de construire un transformateur à partir d'un seul enroulement. En effet c'est possible, et l'appareil qui en résulte s'appelle un autotransformateur :

Cet autotransformateur augmente la tension avec un seul enroulement à prise, économisant du cuivre et sacrifiant l'isolement.

L'autotransformateur représenté ci-dessus remplit une fonction d'élévation de tension. Un autotransformateur abaisseur ressemblerait à la figure ci-dessous.

Cet autotransformateur abaisse la tension avec un seul enroulement à prises économisant le cuivre.

Les autotransformateurs sont couramment utilisés dans les applications nécessitant une légère augmentation ou réduction de la tension d'une charge.

L'alternative avec un transformateur normal (isolé) serait soit d'avoir juste le bon rapport d'enroulement primaire/secondaire pour le travail ou d'utiliser une configuration abaisseur avec l'enroulement secondaire connecté en série (« boost ») ou en série. mode opposée (« bucking »).

Les tensions primaire, secondaire et de charge sont données pour illustrer comment cela fonctionnerait.

Configurations de l'autotransformateur

Tout d'abord, la configuration « boostante ». Dans la figure ci-dessous, la polarité de la bobine secondaire est orientée de sorte que sa tension s'ajoute directement à la tension primaire.

Transformateur ordinaire câblé comme un autotransformateur pour augmenter la tension de ligne.

Ensuite, la configuration « bucking ». Dans la figure ci-dessous, la polarité de la bobine secondaire est orientée de sorte que sa tension se soustrait directement de la tension primaire :

Transformateur ordinaire câblé comme un autotransformateur pour baisser la tension de ligne.

Le principal avantage d'un autotransformateur est que la même fonction d'amplification ou de dévoltage est obtenue avec un seul enroulement, ce qui le rend moins cher et plus léger à fabriquer qu'un transformateur (d'isolement) ordinaire ayant à la fois des enroulements primaire et secondaire.

Autotransformateur Variable Variac

Comme les transformateurs ordinaires, les enroulements des autotransformateurs peuvent être exploités pour fournir des variations de rapport. De plus, ils peuvent être rendus variables en continu avec un contact coulissant pour exploiter l'enroulement à n'importe quel point de sa longueur.

Cette dernière configuration est suffisamment populaire pour avoir gagné son propre nom :le Variac . (figure ci-dessous)

Un variac est un autotransformateur avec un robinet coulissant.

Les petits variacs pour une utilisation sur paillasse sont des pièces d'équipement populaires pour l'expérimentateur en électronique, étant capables d'abaisser (ou parfois d'augmenter) la tension alternative du foyer avec une large et fine plage de contrôle par une simple rotation d'un bouton.

AVIS :

• Les transformateurs peuvent être équipés de plus qu'une simple paire d'enroulements primaire et secondaire. Cela permet plusieurs rapports d'augmentation et/ou d'abaissement dans le même appareil.
• Les enroulements du transformateur peuvent également être "taraudés", c'est-à-dire coupés en de nombreux points pour segmenter un seul enroulement en sections.
• Les transformateurs variables peuvent être fabriqués en fournissant un bras mobile qui balaie la longueur d'un enroulement, entrant en contact avec l'enroulement à n'importe quel point le long de sa longueur. L'enroulement, bien sûr, doit être nu (pas d'isolation) dans la zone où le bras balaie.
• Un autotransformateur est une bobine d'induction à prise unique utilisée pour augmenter ou réduire la tension comme un transformateur, sauf sans fournir d'isolation électrique.
• Un Variac est un autotransformateur variable.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur les autotransformateurs