Technique - Le cours

Préparation à la licence radioamateur

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vignette entete cours 3 1

Nous allons voir ici, comment sont faits les transformateurs et les accus. Cela nous permettra de constater qu'entre le moment de leur créaion et aujourd'hui, ils ont finalement assez peu évolué.

3-1 Les transformateurs 

• Un transformateur est composé d'au moins deux enroulements bobinés autour d'un même circuit magnétique.

 

• Le transformateur est un cas particulier de bobines couplées et est adapté aux courants sinusoïdaux.

 

• L'énergie est appliquée sur le primaire et est récupérée sur le ou les secondaires.

 

 

• Un transformateur possède plusieurs caractéristiques

- Le nombre de spires donne le rapport de transformation N (des tensions : élévateur ou abaisseur)

transfo 02

- La puissance utile délivrée au(x) secondaire(s) du transformateur est exprimée en VA (et non pas en watts).

- le rendement η (êta) d’un transformateur parfait est de 100% : toute l’énergie présente sur le primaire est transférée sur le secondaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 • Représentation schématique

transfo 01

 

 

• Voici quelques transformateurs

 

les transformateurs

 

 

 • Formules du transformateur parfait (ou idéal)

US / UP = nS / nP = N et IS / IP = nP / nS = 1/N

 

transfo 03

transfo 04

 

 

 

 

 

 

 

 

• Exemple 1 : un transformateur, alimenté en 282 Vmax à son primaire, a un rapport de transformation de 1/10. Quelle sera la tension efficace mesurée au secondaire? 

Up = 282 Vmax x 0,707 = 200 Veff
US = UP x N = 200 x 1/10 = 20 Veff

transfo 05

 

• Exemple 2 : sur le secondaire d'un transformateur est branchée une résistance de 200 ohms. Le transformateur possède 80 spires au primaire et 40 spires au secondaire. Quelle impédance mesure-t-on au primaire ?

N = ns / np = 40 / 80 = 1/2 = 0,5
Zp = Zs / N² = 200 / 0,5² = 800 Ω

 

 

3-2 Les transformateurs non parfaits

 

• Excepté le calcul du rendement, l’étude du transformateur non parfait n’est pas au programme de l’épreuve technique.

 

• Le rendement est fonction du coefficient de couplage des enroulements (coefficient de mutuelle induction).


- Un rendement de 80% est courant pour les transformateurs d'alimentation (rendement optimal si 50 Hz et courant sinusoïdal).

- En utilisation normale, le rendement influe plus sur le courant que sur la tension : la tension est proportionnelle au nombre de spires.

- Le rendement influe sur le rapport de transformation des impédances (rapports tension/intensité).

- Plus on se rapproche de la puissance maximum admise par le transformateur, plus la tension du secondaire baisse (la tension n’est plus proportionnelle au nombre de spires).

- Un transformateur sous-utilisé (ou sous-dimensionné) a un mauvais rendement : vérifier les caractéristiques du constructeur.

- Les courants de Foucault provoquent des pertes par échauffement (le feuilletage des noyaux en fer doux limite ces courants et réduit ces pertes).

 

leon foucault

Léon Foucault

 

Né à Paris le 18 septembre 1819 et mort à Paris le 11 février 1868, c'est un physicien et astronome français.

Connu principalement pour son expérience démontrant la rotation de la Terre autour de son axe (pendule de Foucault), il détermina aussi la vitesse de la lumière et inventa le gyroscope.
Il met en évidence le phénomène de pertes provoquées par les courants de Foucault en 1851 (année où il installe son pendule au Panthéon).

 

 

 

 

• Les formules du transformateur non parfait

 

PS = US.IS = PP.η transfo 06

PP = UP.IP

U= UP.N

IS = (IP.η) / N

Z= UP/IP

Z= US/IS

= (UP.N) / (IP.N / η)

= (UP.N2.η) / IP = Zp .N2.η

Rapport de transformation : N = ns / np
Rendement : η(%) = (PS / PP) X 100

 

• Cas particulier, l'autotransformateur

 

transfo 07

Un autotransformateur est un transformateur dont au moins deux enroulements ont une partie commune. Concrètement il s'agit d'un transformateur ne disposant que d'un seul enroulement, le secondaire étant une partie de l'enroulement primaire.

Ce type de transformateur est très proche de celui des transformateurs à point milieu. Le point milieu permetant la conception d'alimentations symétriques, par exemple +15 V et -15 V, avec cela va de soi, l'adjonction de diodes de redressement, de condensateurs de filtrage et de régulateurs de tension. 

 

  

3-3 Piles et accumulateurs

 

• Les piles et les accumulateurs sont des réserves de courant continu. Ils emmagasinent l'électricité grâce une réaction chimique (électrodes, bain électrolytique).

 

- représentation schématique : principe pile

- une pile est une source

- un accumulateur est une source ou une charge selon qu’on le fait débiter ou qu’on le recharge.

 

 

 

 

 

 

 

 

  

• Une pile (ou un accu) possède des caractéristiques propres :

 

- Sa force électromotrice (fém) est la tension E à vide, variable selon la constitution chimique des électrodes.
> La fcém (force contre-électromotrice) d’un accumulateur est toujours supérieure à sa fém (il faut une tension pour inverser la réaction chimique).

- Sa résistance interne en Ω (très faible pour les accus)
> Lorsque la pile est usée, sa résistance interne augmente.

- Sa capacité : en C ou en Ah (1 Ah = 3600 C).

 

• Réactions chimiques (oxydoréduction) :

la pile de volta

La toute première pile est la pile de Volta

 

Couple : Zinc-Cuivre

fém = 1,1 V = 0,34 – (–0,76)
                       Cu2  +    Zn



 

 

Pile Leclanché (saline)

Couple : Zinc-Charbon/Manganèse
fém = 1,5 V = 0,74 – (–0,76)
                      MnO2       Zn

 

Accumulateur au Plomb


Couple : Plomb pur-Dioxyde de plomb :

fém = 2,04 V = 1,685 – (–0,356)

                           PbO2         Pb

 

pile 01 02

 

• les potentiels d’oxydoréduction (Rédox) dépendent du couple utilisé.

 

Les questions de l’examen portent souvent sur la chute de tension générée par la résistance interne des piles. La loi d’Ohm nous vient en aide pour résoudre ces problèmes.calcul pile 01

 

- Sur quelques schémas, des piles sont dessinées. Mais la question porte sur la charge (la résistance) et non pas sur le générateur (la pile).

 

 

 

 

 

• Exemple 1

Aux bornes d'une pile dont la Fém est de 9 volts, on branche une résistance de 200 ohms. Un courant de 40 mA est constaté dans cette résistance. Quelle est la résistance interne de la pile ?

 

UR = R.IR = 200 Ω x 0,04 A = 8

URi = E – UR = 9 V – 8 V = 1 V

Ri = URi / I = 1 V / 0,04 A = 25 Ω

ou : Ri = (E / I) – R = (9 V / 0,04 A) – 200 Ω = 225 – 200 = 25 Ω

 

 

• Exemple 2

calcul pile 02

Réponse :

Calcul de IR : I = U/R = E / (R + ri) = 4,5 / (35 + 10) = 0,1 A

Calcul de PR : P = R.I2 = 35 X 0,12 = 35 X 0,01 = 0,35 W = 350 mW

 

 

• Exemple 3

Un accumulateur dont la force électromotrice est de 12 volts et dont la résistance interne est négligeable se décharge en 3 heures lorsqu'il est branché sur une résistance de 10 ohms. Quelle est la capacité de l'accumulateur (en coulombs et en Ampère-heure) ?

Réponse :

IR = UR / R = E / R = 12V / 10 Ω = 1,2 A ; Q(C) = I (A).t(s) = 1,2 X 3 X 3600 = 12960 C soit 3,6 Ah

 

 

 

Exemples de questions posées à l'examen

• Puissance dissipée dans R ?

    - 360 W -bonne réponse
    - 60 W
    - 40 W 
    - 20 W

Produit en croix : Is = (Ip x np) / ns = (2 x 3000) / 1000 = 6 ; P = R x I²= 10 x 6² = 360

 

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