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Électromagnétisme Intermédiaire 9 min de lecture Nov 2026

Principe du transformateur

Un transformateur transfère de l’énergie alternative entre des bobines par un champ magnétique commun. Découvrez le rapport de spires, les relations tension-courant et les limites réelles.

Definition

Un transformateur est un dispositif électrique passif qui transfère de l’énergie entre deux ou plusieurs bobines par un champ magnétique commun, en modifiant tension et courant proportionnellement au rapport de spires, sans changer la fréquence.

Learning objectives

  • Énoncer les rapports de tension et de courant du transformateur
  • Calculer la tension et le courant secondaires à partir du rapport de spires
  • Expliquer la conservation de la puissance apparente dans un transformateur idéal
  • Décrire les pertes et les limites d’un transformateur réel
  • Expliquer le transfert d’impédance
Principe du transformateur diagram Transformer primary and secondary primary secondary V₁ / V₂ ≈ N₁ / N₂
Principe du transformateur — schematic illustration
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Progressive explanation

Start with the plain-language idea, then move into the engineering detail. Each level stands on its own, so you can stop at the depth you need.

Beginner The core idea
Un transformateur comporte deux bobines bobinées sur le même noyau magnétique. Le courant alternatif dans le primaire crée un champ magnétique variable, et ce champ induit une tension dans le secondaire. Comme les bobines ne sont pas reliées électriquement, l’énergie est transférée magnétiquement.

Si le secondaire a moins de spires que le primaire, la tension est plus faible : c’est un transformateur abaisseur. Plus de spires donnent un transformateur élévateur.
Intermediate How it behaves in a circuit
Pour un transformateur idéal, V1/V2 = N1/N2 et I1/I2 = N2/N1, donc la puissance apparente est conservée : V1I1 = V2I2. La tension par spire du primaire égale celle du secondaire. L’impédance est ramenée au carré du rapport de spires : Z1/Z2 = (N1/N2)².

Un transformateur réel possède une résistance de bobinage, des fuites magnétiques, des pertes magnétiques et un courant magnétisant : son rendement est inférieur à 100 % et la tension de sortie chute légèrement en charge. Le noyau ne doit pas saturer, et la fréquence et la tension d’alimentation doivent correspondre à la conception.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
La conception d’un transformateur équilibre section de noyau, nombre de spires, fréquence et densité de flux : la force électromotrice induite par spire est proportionnelle à la fréquence et à la densité de flux crête. Les pertes magnétiques, par hystérésis et courants de Foucault, et les pertes cuivre, par I²R, déterminent l’élévation de température et le rendement. Dans les réseaux, l’impédance du transformateur limite le courant de défaut et influence la régulation de tension, tandis que les couplages et déphasages comptent pour la mise en parallèle. Les comportements non idéaux incluent le courant d’appel, la distorsion harmonique, la saturation et le bruit audible dû à la magnétostriction.

Formulas and variables

Rapport de spires
V1 / V2 = N1 / N2
V1 Tension primaire · V V2 Tension secondaire · V N1 Spires primaires · sans dimension N2 Spires secondaires · sans dimension
230 V avec 460 spires primaires et 46 spires secondaires donnent 23 V.
Rapport de courants
I1 / I2 = N2 / N1
I1 Courant primaire · A I2 Courant secondaire · A
2 A au secondaire donnent 0,2 A au primaire pour un rapport de 10:1.
Équilibre de puissance apparente
V1 × I1 ≈ V2 × I2
V1 × I1 Puissance apparente primaire · VA V2 × I2 Puissance apparente secondaire · VA
23 V × 2 A = 46 VA, donc le courant primaire est d’environ 0,2 A sous 230 V.

Units of measurement

QuantitySymbolUnit
Tension V volt (V)
Courant I ampère (A)
Puissance apparente S voltampère (VA)
Rapport de spires a sans dimension

Worked examples

Worked example

Transformateur abaisseur

Problem. Un transformateur comporte 460 spires au primaire et 46 spires au secondaire. Le primaire est alimenté en 230 V. Trouvez la tension secondaire.

Solution. V2 = V1 × N2/N1 = 230 × 46/460.

V2 = 23 V.
Worked example

Courant et puissance du même transformateur

Problem. Le secondaire de 23 V alimente une charge de 2 A. Quel courant circule au primaire, en supposant le transformateur idéal ?

Solution. S = 23 × 2 = 46 VA. I1 = S/V1 = 46/230.

I1 = 0,2 A : le courant primaire est dix fois plus faible que le courant secondaire.
Worked example

Transformateur élévateur

Problem. Un transformateur de rapport 1:2 est alimenté en 120 V et fournit 2 A à une charge. Trouvez la tension secondaire, le courant primaire et la puissance apparente.

Solution. V2 = 120 × 2 = 240 V. S = 240 × 2 = 480 VA. I1 = 480/120 = 4 A.

V2 = 240 V, I1 = 4 A et S = 480 VA.

Practical applications

  • Transport et distribution de l’énergie
  • Isolement et séparation de sécurité
  • Chargeurs de batterie et alimentations
  • Transformateurs audio et de signal
  • Transformateurs de mesure et de courant
  • Chargeurs embarqués de véhicules électriques

Automotive applications

La bobine d’allumage est un transformateur d’impulsions qui élève 12 V à une haute tension, et les convertisseurs DC-DC des véhicules électriques utilisent des transformateurs pour l’isolement et la conversion de tension. Les chargeurs embarqués et les alimentations auxiliaires reposent aussi sur l’action du transformateur.

Industrial applications

Les transformateurs de distribution abaissent la moyenne tension à des niveaux utilisables, les transformateurs d’isolement protègent les équipements sensibles, et les transformateurs de mesure réduisent tension et courant à des valeurs mesurables pour les compteurs et relais de protection.

Measurement procedure

  1. Utilisez un contrôleur de rapport de spires pour vérifier le rapport sans mise sous pleine tension.
  2. Mesurez la résistance des enroulements et la résistance d’isolement pour détecter les défauts.
  3. Réalisez les essais à vide et en court-circuit pour séparer pertes magnétiques et pertes cuivre.
  4. Vérifiez que la fréquence et la tension d’alimentation correspondent aux caractéristiques du transformateur avant mise sous tension.

Common mistakes

  • Raccorder un transformateur en continu : aucun flux variable n’induit de tension secondaire et le primaire peut surchauffer.
  • Négliger le rendement et supposer que la puissance de sortie égale exactement la puissance d’entrée.
  • Inverser primaire et secondaire au-delà de la tension de conception.
  • Négliger la fréquence nominale ; un transformateur 50 Hz n’est pas forcément adapté à 60 Hz, et inversement.

Safety considerations

  • Les bornes d’un transformateur peuvent être à une tension dangereuse ; isolez et vérifiez l’absence de tension avant d’intervenir.
  • Ne réalimentez jamais un transformateur par le secondaire sans que l’installation et les protections soient prévues pour cela.
  • Un transformateur d’isolement réduit le risque d’électrocution seulement s’il est utilisé correctement ; il ne rend pas un circuit sûr au toucher.

Frequently asked questions

Un transformateur fonctionne-t-il en courant continu ?
Non. Un courant continu stable produit un flux constant : aucune tension n’est induite au secondaire. Le primaire appellerait en outre un courant excessif, limité seulement par sa résistance.
Pourquoi les transformateurs sont-ils caractérisés en kVA plutôt qu’en kW ?
Leur échauffement dépend de la tension et du courant, pas du déphasage entre eux. La caractéristique en kVA définit donc la puissance apparente que le transformateur peut fournir.
Pourquoi un transformateur bourdonne-t-il ?
Le champ magnétique alternatif provoque une magnétostriction et de petits mouvements mécaniques du noyau et des enroulements, produisant un bruit au double de la fréquence d’alimentation.
À quoi sert un transformateur d’isolement ?
Il transfère l’énergie magnétiquement sans liaison électrique entre primaire et secondaire, ce qui peut interrompre les chemins de défaut référencés à la terre lorsqu’il est correctement utilisé. Il ne dispense pas de respecter les règles de sécurité.
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