Le transformateur: autotransformateur

L'autotransformateur est un cas particulier du transformateur où les deux enroulements ne forment qu'un enroulement unique. En effet, pour créer le secondaire, on exploite une partie du bobinage primaire. Ce montage abaisse la tension, mais n'isole pas la sortie de l'entrée.

 

Ci contre, on voit un autotransformateur abaisseur. u1 est appliquée entre a et c. La tension u2 est une fraction de la tension u1 proportionnelle au nombre de spires qui se trouvent entre b et c. Les spires entre b et c sont, en quelque sorte, des spires "secondaires". Comme le transformateur, l'autotransformateur conserve la puissance, c'est à dire que les courants à l'entrée et à la sortie (resp. i1 et i2) sont tels que

u1.i1 = u2.i2

 

 

 

 

S'il est évident que les spires entre a et b sont parcourues par i1, on peut se demander quel courant pourcourt les spires entre b et c (la somme ou la différence de i1 et de i2 ?)

 

Les tensions u1 et u2 ont même polarité instantanée parce que u2 est une fraction de u1. Raisonnons avec u1 positive : le courant i1 "entre" par la borne a. En revanche, comme le potentiel de b est supérieur à celui de c, le courant i2 traverse la résistance de b vers c. Le courant "sort" par la borne b. C'est à dire qu'il "remonte" dans les spires de c vers b. Les courants i1 et i2 sont de signe contraire dans les spires entre b et c. Le courant réel circulant dans ces spires est donc la différence des deux courants.

On peut aussi démontrer que les courants circulent en sens opposé parce que les flux d'induction créés par chaque courant sont de signe contraire.

 

 

Exemple

 

Un autotransformateur convertit du 240V en 80V. Le courant de sortie est fixé à 3

A par une charge appropriée.

 

L'autotransformateur divise par 3 la tension (entrée vers sortie). Le courant d'entrée vaut donc un tiers du courant de sortie. Il vaut 1A. Dans les spires secondaires circule un courant de 2A (les deux flèches bleues). Ce courant est plus faible que le courant de sortie, donc l'effet Joule dans ces spires est réduit. Ceci est d'autant plus avantageux que la tension de sortie est proche de la tension d'entrée.

 

Le cas limite consiste à prendre la totalité des spires et former un autotransformateur de rapport 1. Le bobinage n'est alors traversé par aucun courant, et la puissance nominale de cet autotransformateur (inutile !) est donc infinie : aucune limitation par effet Joule n'intervient pour fixer une valeur maximale de courant de sortie.

 

Dimensionnement avantageux de l'autotransformateur

 

Le secondaire d'un autotransformateur est traversé par un courant plus faible que le courant de sortie. Les spires de diamètre réduit permettent un encombrement réduit. Dans le transformateur classique, la totalité de la puissance est transférée par le noyau magnétique, alors qu'ici, seule la partie primaire (entre a et b) est transférée vers le secondaire (entre b et c). L'autotranformateur est, à puissance nominale égale, moins encombrant et moins lourd qu'un transformateur classique. C'est un choix avantageux lorsque l'isolation électrique n'est pas nécessaire.

 

Remarque : On peut obtenir un autotransformateur en connectant en série (respecter la polarité !) le primaire et le secondaire d'un transformateur classique. Dans ce cas, la tension par spire sera un peu plus faible, et la puissance nominale du montage sera quelque peu augmentée...