Pourquoi un transformateur ne peut-il pas fonctionner sur une alimentation CC ?

Que se passe-t-il lorsque le primaire d'un transformateur est connecté à l'alimentation CC ?

Un transformateur est un appareil qui augmente ou diminue le niveau de courant ou de tension alternatif sans modifier la fréquence primaire (c'est-à-dire la source d'entrée).

Le transformateur ne fonctionne qu'en courant alternatif et ne peut pas fonctionner en courant continu, c'est-à-dire qu'il a été conçu pour fonctionner uniquement et uniquement sur courant et tension alternatifs. Pour savoir ce qui se passera si nous connectons une source CC au primaire d'un transformateur, consultez les exemples suivants où nous connectons d'abord un transformateur au CA et ensuite au CC.

Transformateur connecté à l'alimentation CA

Supposons que nous connections un transformateur à l'alimentation CA avec les données suivantes.

• Tension primaire =  V₁ =230V
• Résistance =R₁ =10 Ω
• Inductance =L =0,4 H
• Fréquence source =50 Hz

Voyons combien de courant passera par le primaire d'un transformateur en cas de courant alternatif.

Nous savons que la résistance en AC =Impédance

Impédance =Z = V / I en Ω

Où Z =√ (R ² + X_L ) ² en cas de circuit inductif.

X_L  =2πf L

X_L  =2 x 3,1415 x 50Hz x 0,4H

X_L  =125.67Ω

Maintenant, pour l'impédance

Z =√ (R ² + X_L ) ²

Mettre les valeurs

Z =√ (10 ² Ω + 125,67 ² Ω)

Z =126,1 Ω

Maintenant courant dans le primaire

I =V / Z

I =230 V / 126,1 Ω =1,82 A

Le courant primaire en cas de courant alternatif =1,82 A

Transformateur connecté à l'alimentation CC

Connectez maintenant le même transformateur à la tension continue et voyons ce qui se passe.

Nous savons qu'il n'y a pas de fréquence en courant continu, c'est-à-dire f = 0. Par conséquent, la réactance inductive X_L  serait nul si on mettait f =0 dans le X_L  =2πf L.

Ainsi, courant dans le primaire d'un transformateur en cas de source CC.

I =V / R

I =230V / 10Ω

I =23A.

Le courant primaire en cas de courant continu =23 A

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Le calcul ci-dessus montre qu'un courant excessif circulera dans le primaire d'un transformateur en cas d'alimentation en courant continu qui brûlera les bobines primaires du transformateur. Ce n'est pas la seule raison car le courant sera continu, voyons maintenant ce qui se passe en cas de courant à l'état stationnaire dans le transformateur.

Si le primaire d'un transformateur est connecté à l'alimentation CC, le primaire tirera un courant constant et produira donc un flux constant. Par conséquent, aucune force contre-électromotrice ne sera produite. L'enroulement primaire tirera un courant excessif en raison de la faible résistance du primaire car nous savons que la réactance inductive (X_L ) est nul en raison de la formule de réactance inductive (X_L =2πf L) où la fréquence de la source CC est nulle. Ainsi, le résultat est que l'enroulement primaire surchauffera et brûlera ou que le fusible et le disjoncteur sauteront. Il faut veiller à ne pas connecter le primaire d'un transformateur sur l'alimentation CC.

Pourquoi un transformateur ne peut-il pas fonctionner en courant continu plutôt qu'en courant alternatif ?

Si nous appliquons la tension ou le courant continu au primaire d'un transformateur, voici les résultats

Nous savons que 

v =L (di/dt)

Où :

• v =Tension instantanée aux bornes des bobines primaires
• L =Inductance de l'inducteur
• di/dt =Taux instantané de changement de courant en A/s

Maintenant, dans ce cas, la tension est constante, c'est-à-dire CC, maintenant le courant (i) augmentera rapidement jusqu'à ce que le noyau de fer du transformateur soit saturé.

À ce stade, le courant (i) augmentera jusqu'au niveau dangereux et cessera de changer. Lorsqu'il n'y a pas de changement de courant (i), la tension induite dans le primaire sera nulle car di/dt =0, ce qui conduit à court-circuiter l'enroulement du transformateur avec la source CC épouvantée.

Lorsque le courant dépasse le niveau de sécurité, une perte de puissance élevée se produit sous la forme P =I ² R . ce qui augmentera la température à un niveau dangereux et il peut y avoir un risque d'explosion du transformateur et l'huile du transformateur peut également prendre feu.

Ou voyons par la deuxième loi de Faraday

e =N dΦ / dt

Où

• e =EMF induit
• N =le nombre de tours
• dΦ =Changement de flux
• dt =Changement de temps

En cas de tension continue vers le transformateur, il y aurait un flux constant (Φ) induit dans le primaire en raison du courant constant.

Maintenant, la force électromotrice induite dans le primaire sera nulle comme (dΦ/dt =0) c'est-à-dire e =N dϕ/dt =0 en raison du flux constant induit par un courant constant.

Nous savons également qu'il n'y a pas de fréquence dans l'alimentation CC et le flux est inversement proportionnel à la fréquence (Φ =V / f ) qui sature le noyau du transformateur.

Cela signifie que le primaire du transformateur agira comme un chemin de court-circuit vers le courant continu supplémentaire qui peut faire sauter le transformateur global. C'est la raison exacte pour laquelle nous ne devrions pas connecter un transformateur à l'alimentation CC au lieu de CA .

Dans quelles conditions l'alimentation CC est-elle appliquée en toute sécurité au primaire d'un transformateur ?

Dans la plupart des cas, il s'agit d'une question de type entretien d'ingénierie électrique et électronique, voyons donc comment connecter un transformateur à l'alimentation CC.

Il existe deux conditions dans lesquelles nous pouvons connecter un transformateur au courant continu.

• CC pulsé comme entrée
• Haute résistance en série avec enroulement primaire

CC pulsé dans le transformateur

Dans cette méthode, un courant continu pulsé (qui contient des ondulations et non une forme pure de courant à l'état stable) au côté primaire d'un transformateur. Dans ce cas, le cycle négatif réinitialise le flux et l'intégrale temporelle de la tension est nulle en un cycle complet, ce qui permet à nouveau de réinitialiser le flux dans l'enroulement. Ce concept est utilisé dans SMPS (Switched-Mode Power Supply.

Haute résistance en série avec transformateur

Comme nous savons qu'un transformateur ne fonctionne que sur AC. en cas d'alimentation en courant continu, le primaire d'un transformateur peut commencer à fumer et à brûler. Mais il existe un moyen de faire fonctionner un transformateur en courant continu (bien que le circuit soit inutile sans sortie) en ajoutant une résistance de grande valeur en série avec le primaire du transformateur.

Lorsque l'enroulement primaire d'un transformateur doit être connecté à une alimentation CC. une haute résistance est connectée en série avec le primaire. Cette résistance série limite le courant primaire à une valeur CC sûre et empêche ainsi le primaire de griller.

Veuillez noter que ne connectez pas un transformateur à l'alimentation CC sans une résistance élevée en série avec le primaire. Parce qu'il n'y a pas de fréquence en courant continu et que l'impédance (Z) de l'inductance est nulle. Si vous mettez Z =0 dans I =V/Z, le courant sera trop élevé, c'est-à-dire que l'inductance agit comme un court-circuit à la tension et aux courants continus.