Comment fonctionnent les transformateurs ?

Un transformateur est un appareil qui utilise le principe de l'induction électromagnétique pour modifier la tension alternative. Les composants principaux sont la bobine primaire, la bobine secondaire et le noyau de fer (noyau magnétique). Les fonctions principales sont : transformation de tension, transformation de courant, transformation d'impédance, isolement, régulation de tension (transformateur de saturation magnétique), etc. Selon l'objectif, il peut être divisé en :transformateurs de puissanceet transformateurs spéciaux (transformateurs de fours électriques, transformateurs redresseurs, transformateurs de test à fréquence industrielle, régulateurs de tension, transformateurs miniers,transformateurs audio, transformateurs à fréquence intermédiaire,transformateurs haute fréquence, transformateurs d'impact, transformateurs de mesure, transformateurs électroniques, réacteurs, transformateurs, etc.). Les symboles de circuit utilisent souvent T comme début du nombre. Exemple : T01, T201, etc.

En 1881, Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs ont fait la démonstration d'un appareil appelé "générateur à main secondaire" à Londres, puis ont vendu la technologie à Westinghouse aux États-Unis. Il s'agit peut-être du premier transformateur de puissance pratique, mais pas du premier transformateur.

En 1884, Lussen Golar et John Dixon Gibbs ont fait la démonstration de leur équipement dans la ville italienne de Turin, qui utilisait l'éclairage électrique. Les premiers transformateurs utilisaient des noyaux droits, qui ont ensuite été remplacés par des noyaux toroïdaux plus efficaces.

L'ingénieur de Westinghouse, William Stanley, a construit le premier transformateur pratique en 1885, après avoir acheté des transformateurs à George Westinghouse, Luthan Golar et John Dixon Gibbs. transformateur. Plus tard, le noyau de fer du transformateur a été fabriqué en empilant des tôles de fer de type E, et il a commencé à être utilisé commercialement en 1886.

Le principe de la transformation par transformateur a été découvert pour la première fois par Faraday, mais il n'a été pratiquement appliqué que dans les années 1880. La possibilité d'utiliser des transformateurs pour le courant alternatif est l'un de ses avantages dans une course où les centrales électriques doivent produire à la fois du courant continu et du courant alternatif. Les transformateurs peuvent convertir l'énergie électrique en haute tension et sous forme de courant faible, puis la reconvertir, réduisant ainsi considérablement la perte d'énergie électrique dans le processus de transmission, ce qui permet à la distance de transmission économique de l'énergie électrique d'atteindre une distance plus longue. De cette façon, les centrales électriques peuvent être construites loin de la consommation d'électricité. La plus grande partie de l'électricité mondiale passe par une série de transformations avant d'atteindre finalement le consommateur.

Le principe de fonctionnement du transformateur : Le transformateur utilise le principe de l'induction électromagnétique, et la quantité d'énergie électrique transmise par un appareil électrique qui transmet de l'énergie électrique ou transmet des signaux d'un circuit à un autre circuit est déterminée par la puissance de l'appareil électrique.

La structure du transformateur est constituée d'un noyau de fer (ou noyau magnétique) et d'une bobine. La bobine a deux enroulements ou plus. L'enroulement connecté à l'alimentation est appelé bobine primaire et les autres enroulements sont appelés bobines secondaires. Il peut transformer la tension alternative, le courant et l'impédance. Le transformateur à noyau de fer le plus simple se compose d'un noyau de fer en matériau magnétique doux et de deux bobines avec des spires différentes sur le noyau de fer, comme indiqué sur la figure.

Le rôle du noyau de fer est de renforcer le couplage magnétique entre les deux bobines. Afin de réduire les courants de Foucault et les pertes par hystérésis dans le fer, le noyau de fer est laminé par des tôles d'acier au silicium laquées ; il n'y a pas de liaison électrique entre les deux bobines, et les bobines sont bobinées par du fil de cuivre isolé (ou du fil d'aluminium). Une bobine connectée à l'alimentation en courant alternatif est appelée bobine primaire (ou bobine primaire), et l'autre bobine connectée à l'appareil électrique est appelée bobine secondaire (ou bobine secondaire). Le transformateur réel est très compliqué, et il y a inévitablement des pertes de cuivre (chauffage par résistance de bobine), des pertes de fer (chauffage du noyau de fer) et des fuites magnétiques (ligne d'induction magnétique fermée par l'air), etc. Afin de simplifier la discussion, seul l'idéal transformateur est présenté ici. Les conditions pour l'établissement d'un transformateur idéal sont : ignorer le flux de fuite, ignorer la résistance des bobines primaire et secondaire, ignorer la perte du noyau de fer et ignorer le courant à vide (le courant dans la bobine primaire avec un bobine secondaire ouverte). Par exemple, lorsque le transformateur de puissance fonctionne à pleine charge (la bobine secondaire produit la puissance nominale), il est proche de la condition idéale du transformateur.

Les transformateurs sont des appareils électriques statiques fabriqués selon le principe de l'induction électromagnétique. Lorsque la bobine primaire du transformateur est connectée à l'alimentation en courant alternatif, un flux magnétique alternatif est généré dans le noyau de fer, et le flux magnétique alternatif est représenté parφ. Laφdans les bobines primaire et secondaire est le même, etφest aussi une simple fonction harmonique, et la table estÏu003dÏmsinÏt. Selon la loi de Faraday@@@s de l'induction électromagnétique, lala force électromotrice dans les bobines primaire et secondaire este₁u003d-N₁dÏ/dt, e₂u003d-N₂dÏ/dt.Dans la formule,N₁et n₂sont les spires des bobines primaire et secondaire. On peut voir sur la figure que U₁u003d-e₁,U₂=e₂(la grandeur physique de la bobine primaire est représentée par l'indice 1, et la grandeur physique de la bobine secondaire est représentée par l'indice 2), et sa valeur efficace complexe estU₁u003d-E₁u003djN₁ωΦ,U₂=E₂u003d- jN₂ÏΦ, Soit ku003dN₁/N₂,qui s'appelle le rapport de transformation du transformateur.U₁/U₂u003d-N₁/N₂u003d-kpeut être obtenu à partir de la formule ci-dessus, c'est-à-dire que le rapport de la tension efficace des bobines primaire et secondaire du transformateur est égal à son rapport de tours et la différence de phase entre les tensions des bobines primaire et secondaire estπ.

Qui conduit à:

U₁/U₂=N₁/N₂

Dans le cas où le courant à vide peut être ignoré, il y aI₁/I₂u003d-N₂/N₁, c'est-à-dire que la valeur RMS des courants de bobine primaire et secondaire est inversement proportionnelle au nombre de tours, et la différence de phase estπ.

ainsi obtenu

I₁/ JE₂=N₂/N₁

Les puissances des bobines primaire et secondaire d'un transformateur idéal sont égales àP₁=P₂. Cela montre que le transformateur idéal lui-même n'a pas de perte de puissance. Le transformateur réel a toujours des pertes et son efficacité estηu003dP₂/P₁. Le rendement des transformateurs de puissance est très élevé, atteignant plus de 90 %.

Le transformateur Satons utilise principalement le principe de l'induction électromagnétique pour fonctionner. Plus précisément : lorsque la tension alternative U₁est appliqué au côté primaire du transformateur, et le courant circulant dans l'enroulement primaire est I₁, le courant va générer un flux magnétique alternatif dans le noyau de fer, de sorte que l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire sont électromagnétiquement connectés. Selon le principe de l'induction électromagnétique Lorsque le flux magnétique alternatif traverse ces deux enroulements, une force électromotrice sera induite, et son amplitude est proportionnelle au nombre de tours d'enroulement et à la valeur maximale du flux magnétique principal. Le côté avec plus de spires a une tension plus élevée et le côté avec moins de spires a une tension plus élevée. Lorsque la tension est basse, lorsque le côté secondaire du transformateur est ouvert, c'est-à-dire lorsque le transformateur est à vide, la tension des bornes primaire et secondaire est proportionnelle au nombre de tours des enroulements primaire et secondaire, que est,U₁/U₂=N₁/N₂,mais les fréquences primaire et secondaire restent les mêmes, alors réalisez le changement de tension.