Transformateurs monophasés

Les transformateurs monophasés sont utilisés dans les alimentations et autres équipements pour convertir les tensions et les courants alternatifs d’une valeur à une autre. Les transformateurs sont essentiels pour fournir l’isolation électrique nécessaire au fonctionnement en toute sécurité de nombreux instruments de laboratoire et dispositifs médicaux. Si l’entrée et la sortie ne partagent pas une borne commune, le transformateur peut transférer l’énergie avec une séparation physique complète. Cela empêche l’électricité du côté haute tension dangereux d’un système d’atteindre les circuits et les personnes du côté basse tension sûr. La compréhension des composants d’un transformateur est importante pour l’analyse et la conception des transformateurs. Cette vidéo montrera comment mesurer les paramètres électriques des composants du transformateur en effectuant divers tests.

Un transformateur a une paire de bornes d’entrée connectées à un enroulement primaire ou à une bobine et une paire de bornes de sortie connectées à un enroulement secondaire. Un noyau composé d’acier, de ferrite ou même simplement d’air couple magnétiquement les deux enroulements. Une tension aux bornes d’un enroulement fait circuler le courant à travers celui-ci, créant un champ magnétique. Le flux magnétique, qui est la quantité de champ magnétique traversant une zone, est ensuite couplé à travers le noyau à l’enroulement secondaire où il induit une tension. Ce principe est appelé induction mutuelle. La loi de Faraday stipule que le taux de variation du flux multiplié par le nombre d’enroulements est égal à la tension induite. Aussi appelée force électromotrice ou CEM. Une tension continue aux bornes de l’enroulement primaire est constante, donc le flux magnétique résultant est également constant et le taux de variation est nul. Cependant, une tension alternative produit un flux magnétique avec un taux de variation non nul et induit par conséquent une tension. En d’autres termes, une tension alternative est nécessaire au fonctionnement du transformateur. Le rapport de tours de transformateur est le nombre de tours de fil sur l’enroulement primaire divisé par le nombre de tours sur l’enroulement secondaire. Le rapport entre la tension aux bornes du primaire et la tension aux bornes du secondaire est égal au rapport des tours. Selon le rapport de tours, un transformateur peut augmenter la tension, réduire la tension ou la maintenir inchangée. Le rapport entre le courant passant par le primaire et le courant passant par le secondaire est égal à l’inverse du rapport des tours. Par exemple, si la bobine primaire a trois tours et la secondaire a 30 tours, le rapport de tours est de 0,1. Ainsi 120 volts sur le primaire de ce transformateur deviennent 1200 volts sur le secondaire. 10 ampères à travers le primaire deviennent 1 ampère à travers le secondaire. Enfin, si la bobine secondaire a une charge d’impédance Z2, la bobine primaire a une charge apparente ou réfléchissante, Z2 prime. La valeur de cette charge réfléchissante est l’impédance du côté secondaire multipliée par le carré du rapport de tours. Un transformateur peut être considéré comme une paire d’inductances couplées qui, idéalement, transfère de l’énergie sans perte d’une bobine à l’autre. Cependant, un vrai transformateur a une fuite de flux magnétique ou d’inductance de fuite qui ne contribue pas au transfert d’énergie entre les enroulements. De plus, un véritable transformateur subit une dissipation de puissance et un échauffement à partir des résistances d’enroulement. Le flux magnétique induit dans le noyau est une source de chaleur supplémentaire en raison de la résistance à la perte du noyau. Pour éviter tout dommage, une puissance d’entrée maximale spécifiée est utilisée, appelée valeur nominale VA, ou le produit de la tension d’entrée et du courant, qui est la puissance. Maintenant que les bases d’un transformateur ont été présentées, voyons comment mesurer les paramètres électriques d’un transformateur.

Le transformateur utilisé dans cette expérience est conçu pour tolérer un maximum de 115 volts sur l’enroulement primaire et un maximum de 24 volts sur l’enroulement secondaire. De plus, ce transformateur a une puissance nominale de 100VA, ce qui signifie qu’il peut accepter un maximum de 100 watts de puissance. Ce test CC mesure la résistance de chaque enroulement pour une utilisation dans le modèle de circuit équivalent du transformateur. Réglez d’abord la tension de sortie de l’alimentation CC basse tension sur zéro volt et la limite de courant sur 0,8 ampère. Coupez ensuite l’alimentation. Connectez la sortie de l’alimentation sur l’enroulement primaire. Ne connectez rien à l’enroulement secondaire. Allumez l’alimentation CC et augmentez progressivement la tension jusqu’à ce que la limite de courant soit atteinte. Enregistrez les lectures de tension et de courant à partir de l’écran de l’alimentation. Calculez la résistance de l’enroulement primaire en divisant la tension par le courant. Remettez la tension d’alimentation à zéro volt et désactivez-la. Connectez l’alimentation électrique à travers l’enroulement secondaire en laissant un circuit ouvert sur l’enroulement primaire. Réglez la limite de courant sur l’alimentation à quatre ampères. Augmentez ensuite la tension progressivement jusqu’à ce que la limite de courant soit atteinte. Enregistrez les lectures de tension et de courant à partir de l’écran de l’alimentation. Calculez la résistance de l’enroulement secondaire. Remettez la tension d’alimentation à zéro volts, éteignez-la et débranchez-la du transformateur. Enfin, utilisez un multimètre pour confirmer les résistances calculées aux enroulements primaire et secondaire.

Le test en circuit ouvert mesure les réactifs mutuels ou l’opposition à un changement de courant à partir de la résistance à la perte du noyau. La résistance à la perte de noyau est le paramètre de circuit équivalent pour la dissipation de puissance et se rapproche des pertes de puissance dans le noyau du transformateur. Avec la source d’alimentation triphasée éteinte et le Variac réglé à zéro pour cent, assemblez le circuit comme indiqué. Utilisez ensuite un wattmètre numérique pour mesurer le courant et la tension en circuit ouvert du côté primaire. Allumez la source d’alimentation triphasée et ajustez lentement le bouton de commande du Variac pour augmenter la tension jusqu’à ce que le wattmètre numérique indique 24 volts. Enregistrez la tension en circuit ouvert, le courant en circuit ouvert, la puissance réelle en circuit ouvert et le facteur de puissance. Utilisez ces valeurs pour calculer les paramètres de circuit équivalents pour le transformateur. La résistance à la perte de noyau, RC, est calculée à partir de la tension en circuit ouvert et de la puissance en circuit ouvert. La réactance mutuelle XM est calculée de la même manière en utilisant la tension, la puissance et le courant en circuit ouvert.

Le test de court-circuit mesure les réactifs de fuite et peut également déterminer la résistance du fil des deux enroulements. Calculez d’abord le courant d’entrée nominal du transformateur en divisant la valeur nominale VA par la tension nominale du côté entrée. Avec la source d’alimentation éteinte et Variac à zéro pour cent de sortie, assemblez le circuit comme indiqué. Cette fois, utilisez le wattmètre numérique pour mesurer le courant et la tension de court-circuit. Allumez la source d’alimentation triphasée et ajustez lentement le Variac pour augmenter la tension jusqu’à ce que la lecture du courant sur le wattmètre numérique atteigne le courant d’entrée nominal. Enregistrez la tension et le courant de court-circuit ainsi que la puissance réelle du court-circuit et le facteur de puissance. Les réactifs de fuite sont la somme des réactifs secondaires primaires et des réactifs secondaires réfléchis, qui sont supposés égaux. Calculez les réactifs de fuite avec les mesures de l’essai de court-circuit. Enfin, calculez la résistance totale du fil des deux enroulements comme la somme de la résistance de l’enroulement primaire et de la résistance réfléchie de l’enroulement latéral secondaire.

Les transformateurs sont des appareils électriques très utiles qui ont des applications dans le domaine de la conversion de puissance et de l’isolation électrique pour la sécurité. Le test de charge mesure le rapport entre la tension aux bornes du primaire et la tension aux bornes du secondaire, ainsi que le rapport entre le courant passant au primaire et le courant passant au secondaire. Le circuit a été assemblé avec une résistance de 100 Ohm connectée au côté secondaire et le courant et la tension mesurés des deux côtés. Avec le côté primaire à 115 volts, la tension, le courant, la puissance réelle et le facteur de puissance ont été mesurés des deux côtés. Le rapport entre la tension primaire et la tension secondaire doit idéalement être égal au rapport des tours. Une étude des neurones sensoriels olfactifs de souris a utilisé la lumière ultraviolette d’un tube flash au xénon pour dissocier certains composés. Le circuit pour piloter un tube flash nécessitait des tensions élevées générées par un transformateur élévateur. Comme pour tous les équipements haute tension, la conception sûre utilise des transformateurs pour l’isolation électrique afin d’éviter les courts-circuits accidentels entre les composants présentant des tensions dangereuses et d’autres composants électroniques dans le circuit.

Vous venez de regarder l’introduction de Jupiter aux transformateurs monophasés. Vous devez maintenant comprendre le fonctionnement d’un transformateur ainsi que la mesure de ses paramètres de circuit équivalents. Merci d’avoir regardé !