le transformateur électrique
Un transformateur électrique est un convertisseur permettant de modifier les valeurs de tension et d'intensité du courant délivrées par une source d'énergie électrique alternative, en un système de tension et de courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de même forme
invention
Les principes du transformateur ont été établis en 1831 par Michael Faraday, mais celui-ci ne s'en servit que pour démontrer le principe de l'induction électromagnétique et n'en prévit les applications pratiques .
Lucien Gaulard, jeune électricien français, présente à la Société française des électriciens, en 1884, un « générateur secondaire », dénommé depuis transformateur.
En 1883, Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs réussissent à transmettre pour la première fois, sur une distance de 40 km, du courant alternatif sous une tension de 2 000 volts à l'aide de transformateurs avec un noyau en forme de barres.
En 1884, Lucien Gaulard met en service une liaison bouclée de démonstration (133 Hz) alimentée par du courant alternatif sous 2 000 volts et allant de Turin à Lanzo et retour (80 km). On finit alors par admettre l'intérêt du transformateur qui permet d'élever la tension délivrée par un alternateur et facilite ainsi le transport de l'énergie électrique par des lignes à haute tension. La reconnaissance de Gaulard interviendra trop tardivement.
Entre-temps, des brevets ont été pris aussi par d'autres. Le premier brevet de Gaulard en 1882 n'a même pas été délivré en son temps, sous prétexte que l'inventeur prétendait pouvoir faire « quelque chose de rien » ! Gaulard attaque, perd ses procès, est ruiné, et finit ses jours dans un asile d'aliénés. Le transformateur de Gaulard de 1886 n'a pas grand-chose à envier aux transformateurs actuels, son circuit magnétique fermé (le prototype de 1884 comportait un circuit magnétique ouvert, d'où un bien médiocre rendement) est constitué d'une multitude de fils de fer annonçant le circuit feuilleté à tôles isolées.
Ainsi, en 1885, les Hongrois Károly Zipernowsky, Miksa Déry et Otto Titus Bláthy mettent au point un transformateur avec un noyau annulaire commercialisé dans le monde entier par la firme Ganz à Budapest. Aux États-Unis, W. Stanley développe des transformateurs.
Constitution
circuit magnétique:
Le circuit magnétique d'un transformateur est soumis à un champ magnétique variable au cours du temps. Pour les transformateurs reliés au secteur de distribution, cette fréquence est de 50 ou 60 hertz. Le circuit magnétique est généralement feuilleté pour réduire les pertes par courants de Foucault, qui dépendent de l'amplitude du signal et de sa fréquence. Pour les transformateurs les plus courants, les tôles empilées ont la forme de E et de I, permettant ainsi de glisser une bobine à l'intérieur des fenêtres du circuit magnétique ainsi constitué. Les circuits magnétiques des transformateurs « haut de gamme » ont la forme d'un tore. Le bobinage des tores étant plus délicat, le prix des transformateurs toriques est nettement plus élevé.
les Bobines:
Les pertes de puissance d'un transformateur:
Les pertes par effet Joule
Les pertes par effet Joule dans les enroulements sont appelées également « pertes cuivre », elles dépendent de la résistance de ces enroulements et de l'intensité du courant qui les traverse : avec une bonne approximation elles sont proportionnelles au carré
de l'intensité. avec 
résistance de l'enroulement i et 
intensité du courant qui le traverse.
Les pertes magnétiques
Ces pertes dans le circuit magnétique, également appelées « pertes fer », dépendent de la fréquence et de la tension d'alimentation. À fréquence constante on peut les considérer comme proportionnelles au carré de la tension d'alimentation. ces pertes ont deux origines physiques :
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Les pertes par courants de Foucault. Elle sont minimisées par l'utilisation de tôles magnétiques vernies, donc isolées électriquement les unes des autres pour constituer le circuit magnétique, ce en opposition à un circuit massif.
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Les pertes par hystérésis
Mesure des pertes
La méthode des pertes séparées consiste à placer le transformateur dans deux états :
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Un état pour lequel les pertes Joules sont élevées (fort courant) et les pertes magnétiques très faibles (faible tension). La mise en court-circuit du transformateur (essai en court-circuit) avec une alimentation en tension réduite permet de réaliser ces deux conditions. Les pertes du transformateur sont alors quasiment égales aux pertes Joules.
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Un état pour lequel les pertes magnétiques sont élevées (forte tension) et ou les pertes joules sont très faibles (faible courant). Le fonctionnement à vide (essai à vide), c’est-à-dire sans récepteur relié au secondaire, correspond à ce cas. Les pertes sont alors quasiment égales aux pertes magnétiques.
On dit que l'on a deux états qui permettent « une séparation » des pertes d'ou l'expression « méthode des pertes séparées ». Elles ont également l'avantage de permettre la mesure du rendement avec une consommation de puissance réduite, sans faire l'essai en fonctionnement réel. Ceci est intéressant lorsqu'on réalise les tests d'un transformateur de forte puissance et que l'on ne dispose pas dans l'atelier de la puissance nécessaire pour l'alimenter à son régime nominal. Mis à part pour les plates-formes d'essai chez les constructeurs, cette méthode n'a donc pas grand intérêt pour uniquement connaître le rendement car, dans ce contexte, une mesure directe à puissance nominale (normale) est bien souvent suffisante.
En revanche, dans le cadre de l'électrotechnique théorique, elle est importante car elle permet de déterminer les éléments permettant de modéliser le transformateur.
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La production, le transport et la distribution de l'énergie électrique sont réalisés par un réseau, ensemble complexe de sources d'énergie, les centrales, et de lignes. Cette structure s'est progressivement développée à mesure que les besoins des usagers en énergie électrique et leurs exigences quant à la qualité du service rendu se sont étendus à l'ensemble du pays et non plus seulement à quelques régions privilégiées. Le coût de l'énergie produite et la continuité du service sont devenus des éléments essentiels dans l'économie d'un pays. La diversité des moyens de production et de leurs caractéristiques intrinsèques, la multiplicité des besoins à satisfaire (industrie, traction, agriculture, usages domestiques) ont rendu nécessaire la création des grands réseaux modernes. Les centrales électriques sont les usines où s'effectue la transformation d'une source d'énergie « primaire » en énergie électrique. On qualifie de primaires les sources d'énergie naturelles telles que le charbon, le pétrole, le gaz naturel, les chutes d'eau, la marée, le vent, le rayonnement solaire, l'uranium. Le mot « centrale » est ainsi généralement suivi d'un qualificatif qui évoque la nature de la source d'énergie primaire employée : centrale thermique (charbon, pétrole, gaz naturel), centrale hydraulique (chute d'eau), centrale marémotrice (marée), centrale nucléaire (uranium). |
