Électricité et magnétisme

Transformateurs et générateurs

Un générateur convertit l’énergie mécanique en électricité par induction ; un transformateur modifie la tension alternative selon le rapport de spires.

\frac{U_s}{U_p}=\frac{N_s}{N_p},\qquad U_pI_p\simeq U_sI_s

Définition: Transformateur idéal

Deux bobines sur un noyau commun sont couplées par un flux variable. Pour un transformateur idéal, le rapport des tensions efficaces est celui des nombres de spires, $U_s/U_p=N_s/N_p$ , et la conservation de puissance donne $U_pI_p=U_sI_s$ . Il faut un flux variable, généralement fourni par le courant alternatif. Dans un générateur, une bobine tournante fait varier le flux ; pour $N$ spires d’aire $A$ tournant à la vitesse angulaire $\omega$ dans $B$ , $\mathcal E_0=NBA\omega$ .

Modifiez les paramètres et faites glisser la vue pour explorer les champs, trajectoires ou signaux.

Lire le modèle

Exemple: Exemple guidé

Un transformateur idéal a $N_p=500$ , $N_s=1000$ , $U_p=12$ V et un courant secondaire $I_s=0,30$ A. Calculez $U_s$ et $I_p$ .

Solution

Le rapport des spires donne $U_s=24$ V. La puissance de sortie vaut 7,2 W, donc $I_p=0,60$ A.

Dans un générateur alternatif simple, le flux à travers une bobine en rotation varie avec le temps ; la f.é.m. induite change donc périodiquement de signe. L’énergie électrique n’apparaît pas spontanément : un entraînement fournit un travail mécanique et la charge reçoit l’énergie par le courant. Pour un transformateur idéal, la conservation de la puissance donne $U_pI_p=U_sI_s$ ; augmenter la tension selon le rapport de spires réduit d’autant le courant secondaire. Les pertes par résistance des bobines, courants de Foucault et flux de fuite rendent le rendement réel inférieur à 100 %.

Vérification rapide

Un transformateur idéal a $N_s=2N_p$ . Alors :

Un transformateur idéal a $N_s=3N_p$ . La tension secondaire vaut :

Références

Young, Freedman (2019). University Physics