Transformateurs à enroulements multiples : des prises aux Variacs — Guide complet

Transformateurs à secondaires multiples

Les transformateurs sont remarquablement polyvalents. Bien que la conception classique primaire unique, secondaire unique soit largement enseignée, de nombreuses applications pratiques bénéficient d'enroulements secondaires supplémentaires. Considérez un transformateur où trois inductances partagent un noyau magnétique commun, chacune magnétiquement couplée aux autres.

Transformateur à secondaires multiples fournissant plusieurs tensions de sortie.

Dans une telle configuration, les règles de rapport de spires qui régissent la tension et le courant s'appliquent toujours à chaque paire d'enroulements. Vous pouvez même concevoir un transformateur avec un primaire, un secondaire abaisseur et un secondaire élévateur tous sur le même noyau.

Historiquement, cette disposition était courante dans les alimentations à tubes sous vide, qui avaient besoin de basses tensions pour les filaments (6–12 V) et de hautes tensions pour les anodes (centaines de volts) à partir d'une alimentation 110 V AC.

Ces transformateurs fournissent des sorties électriquement isolées à des niveaux de tension et de courant très différents, tous à partir d'une source primaire unique.

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

Le transformateur à six enroulements montré était conçu pour fournir à la fois l'alimentation filament basse tension et l'entraînement d'anode haute tension pour les systèmes à tubes sous vide, le tout à partir d'une source unique de 115 V. La photographie cache 15 conducteurs qui transportent les diverses sorties secondaires.

Si l'isolation entre secondaires n'est pas critique, un seul enroulement secondaire peut être pris à plusieurs points pour créer plusieurs rails de tension, comme illustré ci-dessous.

Un secondaire unique pris fournit plusieurs tensions.

Transformateur à commutateur multipolaire

Une prise est simplement une connexion faite le long de la longueur d'un enroulement entre ses extrémités. La relation de rapport de spires familière vaut pour chaque segment pris, permettant à un transformateur d'offrir de nombreuses options de tension discrètes.

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

Transformateur variable

Étendant le concept de prise, un contact glissant peut parcourir un enroulement exposé, fournissant efficacement une prise à chaque tour. Cela produit une gamme continue de tensions de sortie.

Un contact glissant sur le secondaire fait varier continuellement la tension secondaire.

Les premiers contrôleurs de vitesse de trains miniatures dans les années 1950 et 1960 utilisaient ce principe. Leurs transformateurs abaisseaient de 110–120 V AC vers des tensions plus basses, le contact glissant fournissant un contrôle de vitesse fin sans gaspiller de puissance dans une résistance variable.

Les transformateurs industriels à grande échelle utilisent généralement des prises fixes ou des commutateurs multipolaires plutôt que des contacts glissants, car les contacts mobiles sont impraticables à des niveaux de puissance élevés. Les commutateurs de prise sont généralement actionnés uniquement lorsque le transformateur est hors tension.

Autotransformateur

Puisqu'un seul enroulement peut être pris pour émuler plusieurs enroulements, il est possible d'éliminer complètement la bobine secondaire. Le résultat est un autotransformateur, une bobine unique prise qui élève ou abaisse la tension mais ne fournit pas d'isolation.

Cet autotransformateur élève la tension avec un seul enroulement pris, économisant du cuivre, sacrifiant l'isolation.

Un autotransformateur abaisseur ressemblerait à s'y méprendre, avec la prise positionnée pour réduire la tension au lieu de l'augmenter.

Cet autotransformateur abaisse la tension avec un seul enroulement pris économisant du cuivre.

Les autotransformateurs sont idéaux pour les applications nécessitant une légère élévation ou réduction de tension. Au lieu de construire un couple d'enroulements primaire et secondaire assortis, un seul enroulement avec une prise suffit, réduisant le coût et le poids.

Dans la configuration « d'appoint » (boosting), la polarité de la bobine secondaire s'aligne pour que sa tension s'ajoute au primaire. Dans la configuration « de bouclage » (bucking), la polarité du secondaire soustrait du primaire.

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

Transformateur ordinaire câblé comme autotransformateur pour abaisser la tension de ligne.

L'avantage clé de l'autotransformateur est l'enroulement unique, qui réduit les coûts de matériaux et le poids par rapport à un transformateur entièrement isolé avec enroulements primaire et secondaire séparés.

Variac : autotransformateur variable

Les enroulements d'autotransformateur peuvent être pris pour fournir plusieurs rapports, et un contact glissant peut les transformer en un dispositif entièrement variable. Cette forme, connue sous le nom de Variac, est largement utilisée dans les laboratoires et les circuits d'amateurs.

Un variac est un autotransformateur avec une prise glissante.

Les variacs de paillasse permettent aux techniciens d'abaisser ou d'augmenter la tension AC domestique avec une gamme de contrôle fine et continue, simplement en tournant un bouton.

RÉSUMÉ :

• Les transformateurs peuvent inclure plusieurs paires primaire-secondaire, permettant une gamme de rapports élévateurs et abaisseurs dans une seule unité.
• Les prises d'enroulement segmentent une seule bobine en plusieurs sections de tension.
• Les transformateurs variables utilisent un bras mobile pour contacter l'enroulement à tout point, offrant un réglage continu de tension.
• Un autotransformateur est une bobine unique prise qui change la tension sans isolation.
• Un Variac est un autotransformateur variable.

FICHIERS D'EXERCICES ASSOCIÉS :

• Fiche d'exercices sur les autotransformateurs