Les transformateurs à enroulements multiples possèdent généralement un seul enroulement primaire avec deux ou plusieurs enroulements secondaires. Toutefois, la beauté des transformateurs réside dans leur capacité à avoir plus d’un enroulement, que ce soit du côté primaire ou secondaire. Les transformateurs ayant plus d’un enroulement sont couramment appelés transformateurs à enroulements multiples.

Le principe de fonctionnement d’un transformateur à enroulements multiples est similaire à celui d’un transformateur ordinaire. Les tensions, les courants et les rapports de tours primaires et secondaires sont tous calculés de la même manière. La principale différence réside dans le fait que nous devons prêter une attention particulière aux polarités de tension de chaque enroulement, avec la convention des points marquant la polarité positive (ou négative) de l’enroulement, lorsque nous les raccordons ensemble.

Les transformateurs à enroulements multiples, également appelés transformateurs multi-bobines ou multi-enroulements, contiennent plus d’un enroulement primaire ou secondaire, d’où leur nom, sur un noyau lamellé commun. Ils peuvent être soit un transformateur monophasé, soit un transformateur triphasé (transformateur multi-enroulements, multi-phases), le fonctionnement est identique.

Les transformateurs à enroulements multiples peuvent également être utilisés pour fournir soit une élévation de tension, une réduction de tension, ou une combinaison des deux entre les divers enroulements. En effet, un transformateur à enroulements multiples peut avoir plusieurs enroulements secondaires sur le même noyau, chacun fournissant un niveau de tension ou de courant différent.

Comme les transformateurs fonctionnent selon le principe de l’induction mutuelle, chaque enroulement d’un transformateur à enroulements multiples supporte le même nombre de volts par tour. Par conséquent, le produit volt-ampère dans chaque enroulement est le même, c’est-à-dire N_P/N_S = V_P/V_S, avec n’importe quel rapport de tours entre les enroulements individuels étant relatif à l’alimentation primaire.

Dans les circuits électroniques, un transformateur est souvent utilisé pour fournir une variété de niveaux de tension plus faibles pour différents composants du circuit électronique. Une application typique des transformateurs à enroulements multiples se trouve dans les alimentations électriques et les convertisseurs de commutation triac. Un transformateur peut donc avoir plusieurs enroulements secondaires, chacun étant électriquement isolé des autres, tout comme il est électriquement isolé du primaire. De même, chacun des enroulements secondaires produira une tension qui est proportionnelle à son nombre de tours de bobine par exemple.

Transformateur à Enroulements Multiples

Ci-dessus se trouve un exemple d’un typique “transformateur à enroulements multiples” qui possède plusieurs enroulements secondaires fournissant divers niveaux de tension. Les enroulements primaires peuvent être utilisés individuellement ou connectés ensemble pour faire fonctionner le transformateur à partir de tensions d’alimentation plus élevées.

Les enroulements secondaires peuvent être connectés ensemble de diverses configurations produisant une alimentation en tension ou en courant plus élevée. Il faut noter que connecter ensemble des enroulements de transformateur en parallèle n’est possible que si les deux enroulements sont électriquement identiques, c’est-à-dire que leurs courants et tensions nominales sont les mêmes.

Transformateurs à Tensions Doubles

Il existe plusieurs transformateurs à enroulements multiples qui ont deux enroulements primaires de tensions et courants identiques ainsi que deux enroulements secondaires avec également des tensions et courants identiques. Ces transformateurs sont conçus pour pouvoir être utilisés dans une variété d’applications avec les enroulements connectés ensemble en combinaisons série ou parallèle pour des tensions primaires plus élevées ou des courants secondaires. Ces types de transformateurs à enroulements multiples sont plus communément appelés Transformateurs à Tensions Doubles comme illustré.

Transformateur à Primaire et Secondaire Doubles.

Ici, le transformateur a deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires, soit quatre au total. Les connexions aux enroulements primaires ou secondaires doivent être faites correctement avec les transformateurs à tensions doubles. Si elles sont mal connectées, il est possible de créer un court-circuit qui détruira généralement le transformateur lorsqu’il est sous tension.

Nous avons dit précédemment que les transformateurs à tensions doubles peuvent être connectés pour fonctionner à partir d’alimentations de différents niveaux de tension, d’où leur nom de “transformateurs à tensions doubles”. Ainsi, par exemple, supposons que l’enroulement primaire pourrait avoir une tension nominale de 240/120V au primaire et 12/24V au secondaire. Pour ce faire, chacun des deux enroulements primaires est donc évalué à 120V, et chaque enroulement secondaire est évalué à 12V. Le transformateur doit être connecté de manière à ce que chaque enroulement primaire reçoive la tension appropriée. Considérons le circuit ci-dessous.

Transformateur à Secondaire Connecté en Série

Dans cet exemple, les deux enroulements primaires notés 120V sont connectés ensemble en série à travers une alimentation de 240V, car les deux enroulements sont identiques. La moitié de la tension d’alimentation, soit 120V, est perdue à travers chaque enroulement et le même courant primaire circule à travers les deux. Les deux enroulements secondaires notés à 12V, 2.5A chacun, sont connectés en série, la tension terminale secondaire étant la somme des deux tensions individuelles d’enroulement donnant 24 Volts.

Comme les deux enroulements sont connectés en série, la même quantité de courant circule à travers chaque enroulement, alors le courant secondaire est identique à 2.5 Ampères. Donc, pour un secondaire connecté en série, la sortie dans notre exemple ci-dessus est prévue à 24 Volts, 2.5 Amps. Considérons maintenant le transformateur connecté en parallèle ci-dessous.

Transformateur à Secondaire Connecté en Parallèle

Ici, nous avons gardé les deux enroulements primaires identiques mais les deux enroulements secondaires sont maintenant connectés en combinaison parallèle par rapport à leur orientation de point. Comme précédemment, les deux enroulements secondaires sont notés à 12V, 2.5A chacun, donc la tension terminale secondaire sera la même à 12 Volts, mais le courant s’additionne. Pour un secondaire connecté en parallèle, la sortie dans notre exemple ci-dessus est prévue à 12 Volts, 5.0 Amps.

Bien sûr, différents transformateurs à tensions doubles produiront différents niveaux de tension et de courant secondaires, mais le principe reste le même. Les enroulements secondaires doivent être correctement connectés ensemble pour produire la tension ou le courant de sortie requis.

L’orientation des points est utilisée sur les enroulements pour indiquer les terminaux ayant la même relation de phase. Par exemple, connecter deux enroulements secondaires ensemble avec une orientation de point opposée annulera les deux flux magnétiques, résultant en aucune sortie ou en endommagement du transformateur.

Un autre type de transformateur à tension double qui possède seulement un enroulement secondaire qui est “tapé” à son point central électrique est appelé Transformateur à Point Central.

Transformateurs Multi-Enroulements à Point Central

Un transformateur à point central est conçu pour fournir deux tensions secondaires séparées, V_A et V_B, avec une connexion commune. Ce type de configuration de transformateur produit une alimentation biphasée à 3 fils.

Les tensions secondaires sont les mêmes et proportionnelles à la tension d’alimentation, V_P, donc la puissance dans chaque enroulement est la même. Les tensions produites à travers chaque enroulement secondaire sont déterminées par le rapport de tours comme montré.

Transformateurs Multi-Enroulements à Point Central

Ci-dessus se trouve un exemple typique d’un transformateur à point central. Le point de tap est au centre exact de l’enroulement secondaire fournissant une connexion commune pour deux tensions secondaires égales mais opposées. Avec le point central mis à la terre, la sortie V_A sera de nature positive par rapport à la terre, tandis que la tension à l’autre secondaire, V_B sera négative et de nature opposée, c’est-à-dire qu’elle est déphasée de 180^o en degrés électriques l’une de l’autre.

Cependant, il existe un inconvénient à utiliser un transformateur à point central non mise à terre, à savoir qu’il peut produire des tensions déséquilibrées dans les deux enroulements secondaires en raison de courants asymétriques circulant dans la troisième connexion commune à cause de charges déséquilibrées.

Nous pouvons également produire un transformateur à point central en utilisant le transformateur à tension double précédent. En connectant les enroulements secondaires en série, nous pouvons utiliser le lien central comme tap, comme montré. Si la sortie de chaque secondaire est V, la tension de sortie totale pour l’enroulement secondaire sera égale à 2V comme montré.

Transformateur à Point Central utilisant des Transformateurs à Enroulements Multiples

Les transformateurs à enroulements multiples ont de nombreuses utilisations dans les circuits électriques et électroniques. Ils peuvent être utilisés pour fournir différentes tensions secondaires à différentes charges. Avoir leurs enroulements connectés ensemble en combinaisons série ou parallèle pour fournir des tensions ou des courants plus élevés, ou avoir leurs enroulements secondaires connectés ensemble en série pour produire un transformateur à point central.

Dans le prochain tutoriel concernant les Transformateurs, nous examinerons comment fonctionnent les Autotransformateurs et constaterons qu’ils n’ont qu’un seul enroulement primaire principal et pas d’enroulement secondaire séparé.