Adaptation : le transformateur
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• décrire un transformateur et son symbole ;
• montrer qu'un transformateur ne fonctionne qu'en tension alternative et qu'il ne change pas la fréquence ;
• calculer le rapport de transformation et utiliser les rapports en tension et en intensité ;
• utiliser à bon escient un transformateur abaisseur, élévateur ou d'isolement, et expliquer le transport de l'électricité sous haute tension.
Prérequis : la tension alternative, valeurs efficaces, le courant du secteur, l'effet Joule.
Situation de départ
La prise de courant délivre 220 V, mais votre téléphone se recharge sous 5 V, la sonnette de la maison fonctionne sous 8 V et la console de jeux sous 12 V. À l'inverse, les lignes de la STEG qui traversent la campagne transportent l'électricité sous 150 000 V !
Quel appareil permet d'adapter ainsi la tension alternative ? Et pourquoi transporter l'électricité sous une tension aussi élevée ?
I. Constitution
Un transformateur est constitué de deux enroulements de fil de cuivre isolé, indépendants, bobinés autour d'un même noyau de fer feuilleté :
• le primaire, de N1 spires, relié au générateur (entrée) ;
• le secondaire, de N2 spires, relié à l'appareil à alimenter (sortie).
Il a quatre bornes, deux d'entrée et deux de sortie : c'est un quadripôle. Les deux enroulements ne sont pas reliés électriquement.
II. Rôle du transformateur
1. Il ne fonctionne qu'en alternatif
• On alimente le primaire avec une pile : aucune tension n'apparaît au secondaire.
• On l'alimente avec une tension alternative : une tension alternative apparaît au secondaire.
À l'oscilloscope, la tension du secondaire a la même forme et la même période que celle du primaire.
La tension appliquée au primaire d'un transformateur doit être alternative. Un transformateur ne modifie ni la forme ni la fréquence d'une tension : il permet seulement d'abaisser ou d'élever sa valeur.
2. Le rapport de transformation
On mesure les tensions efficaces U1 et U2, le secondaire n'étant relié à rien (fonctionnement à vide), pour plusieurs couples d'enroulements :
Mesures à vide
| N1 | N2 | U1 | U2 | U2/U1 | N2/N1 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1000 | 500 | 12 V | 6,0 V | 0,50 | 0,50 |
| 500 | 250 | 12 V | 6,0 V | 0,50 | 0,50 |
| 250 | 1000 | 6,0 V | 24 V | 4,0 | 4,0 |
Le rapport des tensions est égal au rapport des nombres de spires. On appelle rapport de transformation n ce rapport :
• si N2 > N1 (n > 1), U2 > U1 : il est élévateur de tension.
Un transformateur a 1 100 spires au primaire, branché sur le secteur (U1 = 220 V), et 60 spires au secondaire. n = 601100 ≈ 0,055 et U2 = 220 × 601100 = 12 V : il est abaisseur.
On ne permute primaire et secondaire qu'avec précaution : un transformateur abaisseur 220 V / 12 V branché à l'envers sur le secteur produirait une tension dangereuse (environ 4 000 V) et serait détruit.
Mimba-Educ ouvre bientôt
Tu as découvert le début de ce cours. La suite s'ouvrira le 22 novembre 2026, jour de l'ouverture officielle du site.
Visiter un autre cours