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| a) Le transformateur. Théorie. |
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En langage “non modéliste”, un transformateur
est un composant qui change une tension ; le plus souvent, en ce qui nous concerne, on abaisse la tension du secteur
(220 ou 240 volts) à 12 ou 15 volts environ, pour que son utilisation soit moins dangereuse. Ci-dessous 
un transformateur rescapé d´un boîtier Fleischmann en panne et étiqueté “14 V
42 VA” : très lourd bloc de tôles et de fils de cuivre isolés bobinés... L´enroulement
de fil fin est celui qui est relié au secteur (deux bornes, le plus souvent), c´est
le primaire du transformateur. Le second enroulement, fait de gros fil,
donne la basse tension (deux ou trois bornes), c´est le secondaire.
À droite 
un transformateur “toroïdal”, plus léger, plus cher, mais que vous pourrez trouver en récupération...
Le repérage des fils d´entrée et de sortie est plus difficile — dans le doute, ne prenez pas de
risques : si vous n´êtes pas habitué au 220 volts et équipé pour ces tensions, prenez
conseil auprès de personnes compétentes.
Certains transfos ne nous intéressent
pas du tout au niveau de la récup : les transfos 220-220 qui ne servent qu´à l´isolation
de sécurité ; les transfos 110-220 que l´on voyait fleurir à l´époque où
les deux tensions coexistaient encore en Europe ; les transfos très haute tension des postes de télévision...
En revanche on mettra soigneusement de côté tous les petits blocs secteur qui sortent du 12 volts destinés
aux lampes halogènes...
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La tension du secteur est dite alternative,
la tension de sortie d´un transfo est également alternative. C´est-à-dire qu´elle varie
sans cesse du “plus” au “moins”, 50 fois par seconde, en montant et en descendant doucement
(la forme est dite sinusoïdale).
Voici l´écran d´un petit oscilloscope pour amateurs, on y voit clairement la forme d´onde alternative
sortant de notre transfo... |
... tension que nous revoyons ci-dessous sous une forme
épurée (fig. A). La tension monte et descend sans cesse : ici elle monte d´abord de zéro
vers + 23,5 volts, puis de + 23,5 volts vers zéro, puis descend, repasse par zéro, passe par — 23,5 V,
etc., toutes les 20 millisecondes (N.-B. : 20 ms, c´est une seconde divisée par 50). 
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Cette forme d´onde, une tension
qui change tout le temps, va nous induire en erreur lors des mesures. Le voltmètre
numérique pourtant bien précis qu´on voit ici (à gauche de la photo) 
réglé pourtant sur “alternatif” (VAC, ou VCA) nous indique “15,81 volts”... C´est
qu´il mesure seulement la partie utile de l´onde : un peu comme si on rognait le sommet des montagnes
et si on en remplissait les vallées, pour en mesurer le volume !
En réalité, les “sommets” de nos
“montagnes” atteignent presque 24 volts, et le chiffre de 47 volts (2 fois 23,5), du haut le plus haut
au creux le plus creux ! |
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L´appareil de mesure “rabote” les hauts
et les bas (figurés ci-dessus à gauche 
dans des carrés verts) que l´on voit et nous donne un chiffre représentant la moyenne, la tension qui
serait utile, efficace  s´il n´y avait ni hauts
ni bas. Cette tension efficace (en hachures bleues) est effectivement de 15,81 volts, ce que
notre pauvre voltmètre indiquait tout à l´heure !
(Pour les pinailleurs, le chiffre
exact de la tension de crête est “tension efficace multipliée par racine de 2” (soit V * 1,41).
La formule n´est valable que pour une forme d´onde sinusoïdale. Pour un courant comme celui délivré
par les centrales numériques au format D.C.C. ou Motorola, ce n´est pas le cas !
En fait un multimètre ordinaire se contente de mesurer
la valeur crête et de diviser par 1,41 en considérant que l´on n´a à mesurer que des signaux
sinusoïdaux. Il faut utiliser un voltmètre efficace vrai, beaucoup plus coûteux (true R.M.S. en
anglais) pour mesurer la vraie valeur efficace d´un signal non sinusoïdal, comme celui délivré
par une centrale numérique. On préfère utiliser la valeur efficace d'un signal car elle est plus représentative
de l´énergie du signal que la valeur crête.)
ATTENTION
! Les composants électroniques n´ont pas d´inertie, eux. Ils voient et supportent les tensions de crête
maximale et minimale ! Si dans le circuit sont associés des diodes et des condensateurs, leurs limites en
tension (que vous décidez lors de l´achat et qui modifient, hélas, le prix et la taille des composants)
doivent être celles des maxima. Ici un condensateur, par exemple, devra supporter 23,5 volts (crête), et non
15,8 (efficace) ! De plus, il faut se prévoir une petite marge de sécurité : on prendra
un composant marqué au moins 25 volts.
Sur le secteur en direct, la tension
de crête est de 310 volts (et non 220 volts, valeur efficace) ! C´est dire que les diodes et
condensateurs utilisés en 220 volts doivent être de la tension normalisée de 350 ou 400 volts,
presque deux fois plus que celle à laquelle on s´attendrait et qu´indiquent les voltmètres !
Tout cela ne répond pas encore à la question :
pourquoi nous a-t-on écrit sur le transfo : “14 volts, 42 VA” ? C´est que cette
tension de 14 V est celle que garantit le fabricant, quand le transfo est chargé au maximum de ses capacités.
Pour les connaître, divisons sa puissance (le nombre de VA, voltampères),
ici 42, par le nombre de volts, ici 14 : cela donne 3 ampères.
(1)
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Pour “tirer”
3 A au transfo, nous allons, à titre d´expérience, le faire débiter dans une grosse
résistance de 5 ohms (c´est-à-dire 14 V divisés par 3 A) ; nous mesurons
alors avec notre voltmètre une tension efficace de 13,7 volts. On a perdu plus de deux volts ! Et il nous
reste un peu moins que ce que garantit le fabricant à pleine charge. Avec une charge moyenne de 1,5 ampère,
la tension relevée est de 14,8 volts...
Ci-contre, le montage sur table à
base de dominos électriques qui va nous servir de banc d´essai pour la présente série “Techno”
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Résumons :
— On trouve en sortie d´un transfo une tension efficace plus grande, à vide,
que ce qui est indiqué sur le transfo.
— Cette tension efficace de sortie varie fortement avec la charge.
— Invisible mais dangereuse, la tension de crête d´un courant alternatif
doit être connue pour utiliser des composants ad hoc. C´est environ 1,4 fois la valeur efficace.
Un grand merci à Alain Mionnet,
Emmanuel Lazard, Etienne Josse, JacquesJ, Pierre Léonard, etc., tous abonnés actifs de la liste
Ptitrainmatique, d'avoir attentivement relu cette page et d'y avoir décelé, avant parution,
quelques bourdes et imprécisions... |
