Principe de fonctionnement d'un transformateur | Son efficacité et ses pertes importantes | FAQ expliquée

Contenu

Principe de fonctionnement

Équation EMF du transformateur

Pertes d'un transformateur

L'efficacité d'un transformateur

Quelques questions fréquemment posées

Principe de fonctionnement d'un transformateur

Transformateur de courant, crédit d'image - Hannes GrobeTransformateur de courant-27 hgCC BY-SA 4.0

Le transformateur travaille sur Loi de Faraday. La loi de Faraday stipule que -

«Tout changement dans la bobine des champs magnétiques des fils provoquera une induction de force électromotrice. L'amplitude du potentiel induit est identique à la vitesse de changement du flux.

Il peut s'écrire -

E = - N * dϕ / dt

E est la force électromotrice induite, & N, ϕ est le nombre de tours et le flux magnétique produits, respectivement.

Le signe négatif représente que le changement de direction du champ magnétique est opposé à la force électromotrice induite. Elle est également connue sous le nom de loi de Lenz.

Maintenant, nous savons que les transformateurs ont deux enroulements. L'énergie alternative est appliquée aux enroulements primaires. Le flux de courant provoque la génération d'un champ magnétique autour de lui. Cette propriété est connue sous le nom d'inductance mutuelle. Maintenant, le courant circule selon la loi de Faraday. L'intensité maximale du champ magnétique sera égale à d 'phi' / dt. Les lignes de force magnétiques s'étendent maintenant à l'extérieur de la bobine. Le noyau en fer doux concentre les lignes de champ et forme un chemin. Les flux magnétiques relient les enroulements primaires ainsi que les enroulements secondaires.

transformateurs
Fonctionnement d'un transformateur, Image Source -  Fred l'huîtreFlux de transformateurCC BY-SA 4.0

Or, comme le flux passe également à travers les enroulements secondaires, une tension y est générée. La magnitude de la force électromotrice induite sera donnée selon la loi de Faraday. Ce sera = N * dϕ / dt.

La fréquence et la puissance de la tension fournie ne changent jamais pendant tout le processus.

La tension induite dépend du rapport de spire.

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Équation EMF du transformateur

Supposons que le flux de magnitude soit phi.

Nous savons que le flux magnétique varie de manière sinusoïdale.

Donc, ϕ = ϕm * péché (2 * π * f * t)

f est la fréquence du flux et N est le nombre de tours

Maintenant, E = N * dϕ / dt

ou, E = N * d (ϕm péché (2 * π * f * t)) / dt

ou, E = N * 2 * π * f * ϕm * cos (2 * * f * t)

Pour E = Emax, cos (2 * * f * t) = 1

Emax = N * 2 * * f * ϕ m

Maintenant, Erms = Emax / 2

Erms = N * 2 * * f * ϕm / 2

Erms = 4.44 F * N * ϕm

Ceci est connu sous le nom d'équation EMF du transformateur.

Pertes d'un transformateur

La perte d'un appareil ou d'un circuit électrique signifie une perte de puissance. Un vrai transformateur a différents types de pertes, mais un transformateur idéal ne subit jamais de perte. Il existe plusieurs types de pertes à l'intérieur d'un transformateur. Certains d'entre eux sont -

  • A. Perte de noyau / perte de fer
  • B. Perte de cuivre ou perte ohmique
  • C. Perte parasite
  • D. Perte diélectrique
  • A. Perte de noyau / pertes de fer: La perte se produit en raison d'un flux alterné, à l'intérieur du noyau de fer est connue sous le nom de perte de noyau ou de perte de fer. Ce type de pertes est connu sous le nom de pertes sans charge.

Il existe deux catégories de pertes de base. Ils sont -

  • i) Perte d'hystérésis
  • ii) Perte de courant de Foucault

i) Perte d'hystérésis -Une force magnétique alternative est générée dans le noyau du transformateur. Cette force de magnétisation provoque une boucle d'hystérésis et cela provoque une perte d'hystérésis.

Ph = * Bmax * n * f * V

Ph = Perte d'hystérésis

η = coefficient d'hystérésis de Steinmetz

Bmax = Densité de flux maximale

n = exposant de Steinmetz

f représente l'inversion magnétique par seconde

V = volume de matériau magnétique

La perte d'hystérésis contribue à 50% de l'absence de perte de charge.

ii) Perte de courant de Foucault - Les lois de Faraday sont à l'origine de la perte par courants de Foucault. Les flux magnétiques provoquent un potentiel dans le noyau. Maintenant, en raison de cette force électromotrice, le courant circule. Ce courant est appelé courant de Foucault et c'est un courant indésirable. La perte due à ce courant est la perte de courant de Foucault.

La perte par courants de Foucault est exprimée par -

Pe = Ke * Bmax2 * f * V * t2

Pe = Perte de courant de Foucault

Ke = Constante de courant de Foucault

Bmax fait référence à la densité de flux maximale et f est la fréquence de l'inversion magnétique par seconde.

V = volume de matériau magnétique

t = épaisseur magnétique

  • B. Perte de cuivre ou perte ohmique: Ce type de perte se produit en raison de la résistance du fil des enroulements. Si Ip, Rp est le courant et la résistance de l'enroulement primaire et Is, Rs est le courant et la résistance des enroulements secondaires, alors la perte sera donnée par l'équation -

Po = Ip2Rp + Is2Rs

Comme les fils sont en cuivre, la perte est appelée perte de cuivre. Ce type de perte est également connu sous le nom de pertes de charge car cette perte se produit uniquement lorsque la charge est connectée aux enroulements secondaires.

  • C. Perte parasite: La raison de ces pertes est le champ de fuite. C'est une perte négligeable.
  • D. Perte diélectrique: L'isolateur du transformateur provoque ce type de perte.

Il y a également des pertes dues à la tension et aux courants déformés.

Isolateurs sur le dessus d'un transformateur, crédit d'image - Contraste élevéIsolateurs électriques au sommet d'un transformateur (2)CC BY 3.0 DE

L'efficacité d'un transformateur

L'efficacité est le rapport de la puissance produite dans l'entrée à la puissance fournie de la sortie. Il est représenté par - η.

η = Puissance de sortie / Puissance d'entrée * 100%

Dans un transformateur idéal, η est égal à 1, ce qui signifie que la puissance de sortie est égale à la puissance d'entrée. Mais en réalité, un transformateur subit des pertes.

Perte = Puissance d'entrée - Puissance de sortie

Ou, Puissance de sortie = Puissance d'entrée - Perte

Donc, efficacité -

η = (Puissance d'entrée - Perte) / Puissance d'entrée * 100%

η = 1 - perte / puissance d'entrée * 100%

Quelques questions fréquemment posées

1. Comment est évalué un transformateur?

Les transformateurs sont évalués en volt-ampères ou kilo-volt-ampères (kVA). Cette valeur nominale indique que les enroulements primaires et secondaires sont conçus pour tolérer la puissance nominale.

2. Combien de types de transformateurs existe-t-il?

Il existe de nombreux types de transformateurs basés sur différents paramètres. Certains d'entre eux sont -

  • Idéal Transformateurs
  • Real Transformateurs
  • Step-up types
  • Démissionner type
  • Transformateur de puissance
  • Monophasé types
  • Trois phases types
  • Centre tapé types
  • Instrument types
  • impulsion types
  • RF types
  • Audio types

3. Un transformateur a un rapport de rotation de 16 à 4 ou 4. Si la tension secondaire du transformateur est de 220 V, déterminez la tension primaire.

Nous savons que

Rapport de tours = NpNs =VpVs

Ici, Np = 16

Ns =4

Vs = 220 v

il faut trouver Vp

donc Vp = Np*Vs/Ns = 16 * 220/4

Vp = 480 volts.

La tension primaire était donc de 480 volts.

4. Quelle est la réversibilité du fonctionnement du transformateur?

La réversibilité du fonctionnement du transformateur signifie l'utilisation du transformateur de l'arrière. C'est-à-dire donner aux enroulements secondaires une tension d'entrée et une charge de connexion aux enroulements primaires.

5. Les transformateurs fonctionnent-ils en tension continue?

Non, un transformateur ne fonctionne pas en tension continue. L'application d'une tension CC provoquera une surchauffe des enroulements primaires car le signal le trouve en court-circuit.

6. Qu'est-ce que l'adaptation d'impédance?

Le concept d'adaptation d'impédance est que lorsqu'une tension source est connectée à la charge, la charge obtient la puissance maximale si l'impédance de la charge est égale à l'impédance de l'impédance de la source interne fixe.C'est l'une des applications des transformateurs.

7. Un transformateur monophasé est d'une puissance de 2 kilo volts ampères a un 400v aux enroulements primaires et un 150v aux enroulements secondaires. Découvrez le courant de pleine charge primaire et secondaire du transformateur.

Courant primaire à pleine charge = 2 kVA x 1000/400 V = 5 A

Courant secondaire à pleine charge = 2 kVA x 1000/150 V = 13.33 A

8. Un transformateur a 500 tours dans les enroulements primaires et 20 tours dans les enroulements secondaires. Trouver -

a) La tension secondaire si le circuit secondaire est ouvert et la tension primaire est de 100 v

b) Découvrez le courant dans les enroulements primaire et secondaire lorsque l'enroulement secondaire est connecté à une charge de résistance de 16 ohms.

Nous savons que le rapport de rotation est donné par

Rapport de tours  = Np/Ns = Vp/Vs

Np est le nombre de tours dans les enroulements primaires.

Ns est le nombre de tours dans les enroulements secondaires.

Vp est la tension du côté primaire.

Vs est la tension du côté secondaire.

Maintenant nous pouvons écrire

Vs = (Ns * Vp) / Np

Ou, Vs = (20 * 100) / 500 V

Ou, Vs = 4 V

Maintenant, pour le deuxième cas, nous savons que la puissance reste inchangée lors du transfert d'énergie à travers un transformateur.

Nous pouvons écrire,

Pp = Ps

Où Pp est la puissance du côté primaire et Ps est la puissance du côté secondaire.

Pp = Vp * JEp

Ps = Vs * Est

Ip est le courant du côté primaire et jes est le courant du côté secondaire.

Donc, Vp *Ip  = Vs * JEs

Ou Jep = (Vs * Est) / Vp

Ou Jep = ((Vs * (Vs / Rs) / Vp De la loi d'ohm V = IR, donc I = V / R, ici Rs est la résistance de la bobine secondaire.

Ou Jep = (Vs * Vs) / (Vs * Rs)

Ou Jep = 4 * 4/100 * 16, en remplaçant les valeurs et Rs = 16 ohms ont été donnés dans la question.

Donc jep = 10 mili - ampère.

Et mois = Vs / Rs

Is = 4/16 A = 0.25 A

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À propos de Sudipta Roy

Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications.
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Mes écrits sont consacrés à fournir des données précises et mises à jour à tous les apprenants.
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