Types de transformateurs

Différents types de transformateurs électriques sont fabriqués pour différentes applications. Malgré leurs différences de conception, les différents types utilisent le même principe de base découvert en 1831 par Michael Faraday et partagent plusieurs éléments fonctionnels clés.

Il s'agit du type de transformateur le plus courant, largement utilisé dans la transmission d'énergie électrique et dans les appareils pour convertir la tension secteur en basse tension afin d'alimenter les appareils électroniques. Ils sont disponibles dans des puissances nominales allant de mW à MW. Les tôles isolées minimisent les pertes par courant de Foucault dans le noyau de fer.

Les petits appareils électroménagers et les transformateurs électroniques peuvent utiliser une bobine divisée, ce qui permet un niveau élevé d'isolation entre les enroulements. Les noyaux rectangulaires sont constitués d'emboutis, souvent en paires de formes EI, mais d'autres formes sont parfois utilisées. Des blindages entre le primaire et le secondaire peuvent être installés pour réduire les interférences électromagnétiques (EMI), ou un enroulement de blindage est parfois utilisé.

Les transformateurs des petits appareils électroménagers et des appareils électroniques peuvent être équipés d'un coupe-circuit thermique intégré à l'enroulement, pour couper l'alimentation à des températures élevées afin d'éviter une surchauffe supplémentaire.

Les transformateurs toroïdaux en forme de beignet permettent de gagner de la place par rapport aux noyaux EI et peuvent réduire le champ magnétique externe. Ils utilisent un noyau en forme d'anneau, des enroulements en cuivre enroulés autour de cet anneau (et donc enfilés à travers l'anneau pendant l'enroulement) et du ruban adhésif pour l'isolation.

Les transformateurs toroïdaux ont un champ magnétique externe plus faible que les transformateurs rectangulaires et peuvent être plus petits pour une puissance nominale donnée. Cependant, leur fabrication coûte plus cher, car le bobinage nécessite un équipement plus complexe et plus lent.

Ils peuvent être montés par un boulon au centre, à l'aide de rondelles et de tampons en caoutchouc ou par enrobage dans de la résine. Il faut veiller à ce que le boulon ne fasse pas partie d'un tour de court-circuit.

Un autotransformateur est constitué d'un seul enroulement qui est branché à un certain point le long de l'enroulement. La tension est appliquée à une borne de l'enroulement et une tension plus élevée (ou plus basse) est produite à une autre partie du même enroulement. La puissance nominale équivalente de l'autotransformateur est inférieure à la puissance nominale réelle de la charge. Elle est calculée par : charge VA × (|Vin – Vout|)/Vin. Par exemple, un autotransformateur qui adapte une charge de 1 000 VA nominale à 120 volts à une alimentation de 240 volts a une puissance nominale équivalente d'au moins : 1 000 VA (240 V – 120 V) / 240 V = 500 VA. Cependant, la puissance nominale réelle (indiquée sur la plaque signalétique) doit être d'au moins 1 000 VA.

Pour des rapports de tension qui ne dépassent pas environ 3:1, un autotransformateur est moins cher, plus léger, plus petit et plus efficace qu'un transformateur isolant (à deux enroulements) de même puissance. Les grands autotransformateurs triphasés sont utilisés dans les systèmes de distribution d'énergie électrique, par exemple pour interconnecter des réseaux de sous-transmission de 220 kV et 33 kV ou d'autres niveaux de tension élevés.

En exposant une partie des bobines d'enroulement d'un autotransformateur et en réalisant la connexion secondaire via un balai de carbone coulissant , un autotransformateur avec un rapport de tours variable presque en continu peut être obtenu, permettant un réglage de tension large par très petits incréments.

Le régulateur à induction est de conception similaire à un moteur à induction à rotor bobiné , mais il s'agit essentiellement d'un transformateur dont la tension de sortie varie en faisant tourner son secondaire par rapport au primaire, c'est-à-dire en faisant tourner la position angulaire du rotor. Il peut être considéré comme un transformateur de puissance exploitant des champs magnétiques rotatifs . Le principal avantage du régulateur à induction est que, contrairement aux variacs, il est pratique pour les transformateurs de plus de 5 kVA. Par conséquent, ces régulateurs sont largement utilisés dans les laboratoires haute tension.

Pour les systèmes polyphasés , plusieurs transformateurs monophasés peuvent être utilisés ou toutes les phases peuvent être connectées à un seul transformateur polyphasé. Pour un transformateur triphasé, les trois enroulements primaires sont connectés ensemble et les trois enroulements secondaires sont connectés ensemble. Des exemples de connexions sont étoile-triangle, triangle-étoile, delta-triangle et étoile-étoile. Un groupe vectoriel indique la configuration des enroulements et la différence d'angle de phase entre eux. Si un enroulement est connecté à la terre ( mise à la terre ), le point de connexion à la terre est généralement le point central d'un enroulement en étoile. Si le secondaire est un enroulement en triangle, la terre peut être connectée à une prise centrale sur un enroulement ( delta à jambe haute ) ou une phase peut être mise à la terre (delta à terre en coin). Un transformateur polyphasé à usage spécial est le transformateur en zigzag . Il existe de nombreuses configurations possibles qui peuvent impliquer plus ou moins de six enroulements et diverses connexions de prise.

Les transformateurs de mise à la terre permettent aux systèmes d'alimentation polyphasés à trois fils (triangle) de prendre en charge les charges phase-neutre en fournissant un chemin de retour pour le courant vers un neutre. Les transformateurs de mise à la terre intègrent le plus souvent un transformateur à enroulement unique avec une configuration d'enroulement en zigzag, mais peuvent également être créés avec une connexion de transformateur à enroulement isolé étoile-triangle.

Il s'agit d'un type de transformateur spécialisé qui peut être configuré pour ajuster la relation de phase entre l'entrée et la sortie. Cela permet de contrôler le flux d'énergie dans un réseau électrique , par exemple pour orienter les flux d'énergie d'une liaison plus courte (mais surchargée) vers un chemin plus long avec une capacité excédentaire.

Un transformateur à fréquence variable est un transformateur de puissance triphasé spécialisé qui permet de régler en continu la relation de phase entre les enroulements d'entrée et de sortie en tournant un demi-enroulement. Ils sont utilisés pour interconnecter des réseaux électriques ayant la même fréquence nominale mais sans coordination de phase synchrone.

Un transformateur de fuite, également appelé transformateur à champ parasite, présente une inductance de fuite nettement supérieure à celle des autres transformateurs, parfois augmentée par une dérivation magnétique ou un shunt dans son noyau entre le primaire et le secondaire, qui est parfois réglable à l'aide d'une vis de réglage. Cela confère au transformateur une limitation de courant inhérente en raison du couplage lâche entre ses enroulements primaire et secondaire. L' inductance de court-circuit réglable agit comme un paramètre de limitation de courant.

Les courants de sortie et d'entrée sont maintenus suffisamment bas pour éviter toute surcharge thermique dans toutes les conditions de charge, même si le secondaire est en court-circuit.

Les transformateurs de fuite sont utilisés pour le soudage à l'arc et les lampes à décharge haute tension ( néons et lampes fluorescentes à cathode froide , qui sont connectées en série jusqu'à 7,5 kV AC). Il agit à la fois comme transformateur de tension et comme ballast magnétique .

D'autres applications sont les transformateurs très basse tension résistants aux courts-circuits pour les jouets ou les installations de sonnettes .

Un transformateur résonant est un transformateur dans lequel un ou les deux enroulements sont traversés par un condensateur et fonctionnent comme un circuit accordé . Utilisés aux fréquences radio , les transformateurs résonants peuvent fonctionner comme des filtres passe-bande à facteur Q élevé . Les enroulements du transformateur ont des noyaux d'air ou de ferrite et la bande passante peut être ajustée en faisant varier le couplage ( inductance mutuelle ). Une forme courante est le transformateur FI ( fréquence intermédiaire ), utilisé dans les récepteurs radio superhétérodynes . Ils sont également utilisés dans les émetteurs radio.

Les transformateurs résonants sont également utilisés dans les ballasts électroniques pour lampes à décharge de gaz et les alimentations haute tension. Ils sont également utilisés dans certains types d' alimentations à découpage . Ici, la valeur de l'inductance de court-circuit est un paramètre important qui détermine la fréquence de résonance du transformateur résonant. Souvent, seul l'enroulement secondaire possède un condensateur résonant (ou une capacité parasite) et agit comme un circuit de réservoir résonant en série. Lorsque l'inductance de court-circuit du côté secondaire du transformateur est L _sc et que le condensateur résonant (ou la capacité parasite) du côté secondaire est C _r , la fréquence de résonance ω _s de 1' est la suivante

Le transformateur est entraîné par une onde carrée ou impulsionnelle générée par un circuit oscillateur électronique pour plus d'efficacité . Chaque impulsion sert à provoquer des oscillations sinusoïdales résonnantes dans l'enroulement accordé et, grâce à la résonance, une tension élevée peut être développée à travers le secondaire.

Applications :

• Transformateur de fréquence intermédiaire (FI) dans un récepteur radio superhétérodyne
• Transformateurs à cuve dans les émetteurs radio
• Bobine Tesla
• Onduleur de puissance
• Bobine Oudin (ou résonateur Oudin ; du nom de son inventeur Paul Oudin )
• Appareil d'Arsonval
• Bobine d'allumage ou bobine d'induction utilisée dans le système d'allumage d'un moteur à essence
• Test de claquage électrique et d'isolation des équipements et câbles haute tension. Dans ce dernier cas, le secondaire du transformateur entre en résonance avec la capacité du câble.

En organisant les propriétés magnétiques particulières d'un noyau de transformateur et en installant un circuit réservoir ferro-résonant (un condensateur et un enroulement supplémentaire), un transformateur peut être configuré pour maintenir automatiquement la tension de l'enroulement secondaire relativement constante pour une alimentation primaire variable sans circuit supplémentaire ni réglage manuel. Les transformateurs ferro-résonants fonctionnent à une température plus élevée que les transformateurs de puissance standard, car l'action de régulation dépend de la saturation du noyau, ce qui réduit l'efficacité. La forme d'onde de sortie est fortement déformée à moins que des mesures prudentes ne soient prises pour éviter cela. Les transformateurs saturants offrent une méthode simple et robuste pour stabiliser une alimentation électrique en courant alternatif.

Les transformateurs de puissance à noyau de ferrite sont largement utilisés dans les alimentations à découpage (SMPS). Le noyau en poudre permet un fonctionnement à haute fréquence, et donc un rapport taille/puissance bien plus faible que les transformateurs en fer laminé.

Les transformateurs en ferrite ne sont pas utilisés comme transformateurs de puissance à la fréquence du secteur, car les noyaux en fer laminé coûtent moins cher qu'un noyau en ferrite équivalent.

Les fabricants utilisent soit des feuilles de cuivre plates, soit des motifs en spirale gravés sur une carte de circuit imprimé pour former les « enroulements » d'un transformateur planaire , remplaçant les spires de fil utilisées pour fabriquer d'autres types. Certains transformateurs planaires sont vendus dans le commerce sous forme de composants discrets, d'autres transformateurs planaires sont gravés directement dans la carte de circuit imprimé principale et n'ont besoin que d'un noyau de ferrite à fixer sur le PCB. Un transformateur planaire peut être plus fin que d'autres transformateurs, ce qui est utile pour les applications à profil bas ou lorsque plusieurs cartes de circuit imprimé sont empilées. Presque tous les transformateurs planaires utilisent un noyau planaire en ferrite .

Les gros transformateurs utilisés dans la distribution d'énergie ou les sous-stations électriques ont leur noyau et leurs bobines immergés dans l'huile , qui les refroidit et les isole. L'huile circule dans les conduits de la bobine et autour de l'ensemble bobine-noyau, déplacée par convection. L'huile est refroidie par l'extérieur du réservoir dans les petits calibres, et par un radiateur refroidi par air dans les calibres plus élevés. Lorsqu'une valeur nominale plus élevée est requise, ou lorsque le transformateur est dans un bâtiment ou sous terre, des pompes à huile font circuler l'huile, des ventilateurs peuvent forcer l'air sur les radiateurs, ou un échangeur de chaleur huile-eau peut également être utilisé.

L'huile de transformateur est inflammable, c'est pourquoi les transformateurs remplis d'huile à l'intérieur d'un bâtiment sont installés dans des chambres fortes pour empêcher la propagation du feu et de la fumée d'un transformateur en feu. Certains transformateurs ont été construits pour utiliser des PCB résistants au feu , mais comme ces composés persistent dans l'environnement et ont des effets néfastes sur les organismes, leur utilisation a été abandonnée dans la plupart des régions ; par exemple, après 1979 en Afrique du Sud. Des liquides résistants au feu de substitution tels que les huiles de silicone sont désormais utilisés à la place.

Les transformateurs de puissance en résine coulée enferment les enroulements dans de la résine époxy. Ces transformateurs simplifient l'installation car ils sont secs, sans huile de refroidissement, et ne nécessitent donc pas de voûte ignifuge pour les installations en intérieur. L'époxy protège les enroulements de la poussière et des atmosphères corrosives. Cependant, comme les moules de moulage des bobines ne sont disponibles qu'en tailles fixes, la conception des transformateurs est moins flexible, ce qui peut les rendre plus coûteux si des caractéristiques personnalisées (tension, rapport de tours, prises) sont requises.

Un transformateur d'isolement relie magnétiquement deux circuits, mais ne fournit aucun chemin conducteur métallique entre les circuits. Une application type serait l'alimentation électrique d'un équipement médical, lorsqu'il est nécessaire d'empêcher toute fuite du système d'alimentation en courant alternatif vers les appareils connectés à un patient. Les transformateurs d'isolement à usage spécifique peuvent inclure un blindage pour empêcher le couplage du bruit électromagnétique entre les circuits, ou peuvent avoir une isolation renforcée pour supporter des milliers de volts de différence de potentiel entre les circuits primaires et secondaires.

Un transformateur à semi-conducteurs est en fait un convertisseur de puissance qui remplit la même fonction qu'un transformateur conventionnel, parfois avec des fonctionnalités supplémentaires. La plupart contiennent un transformateur haute fréquence plus petit. Il peut s'agir d'un convertisseur CA-CA ou d'un redresseur alimentant un onduleur.

Les transformateurs de mesure sont généralement utilisés pour faire fonctionner des instruments à partir de lignes à haute tension ou de circuits à courant élevé, isolant en toute sécurité les circuits de mesure et de contrôle des tensions ou courants élevés. L'enroulement primaire du transformateur est connecté au circuit à haute tension ou à courant élevé, et le compteur ou le relais est connecté au circuit secondaire. Les transformateurs de mesure peuvent également être utilisés comme transformateur d'isolement afin que les quantités secondaires puissent être utilisées sans affecter le circuit primaire.

Les identifications des bornes (soit alphanumériques telles que H1 _, X1 _, Y1 _, etc., soit un point ou un point de couleur imprimé sur le boîtier) indiquent une extrémité de chaque enroulement, indiquant la même polarité et la même phase instantanées entre les enroulements. Cela s'applique aux deux types de transformateurs de mesure. L'identification correcte des bornes et du câblage est essentielle au bon fonctionnement des instruments de mesure et de relais de protection.

Un transformateur de courant (TC) est un appareil de mesure connecté en série conçu pour fournir un courant dans sa bobine secondaire proportionnel au courant circulant dans son primaire. Les transformateurs de courant sont couramment utilisés dans les relais de mesure et de protection dans l' industrie de l'énergie électrique .

Les transformateurs de courant sont souvent construits en faisant passer une seule spire primaire (un câble isolé ou une barre omnibus non isolée) à travers un noyau toroïdal bien isolé enveloppé de plusieurs spires de fil. Le TC est généralement décrit par son rapport de courant du primaire au secondaire. Par exemple, un TC 1000:1 fournit un courant de sortie de 1 ampère lorsque 1000 ampères circulent dans l'enroulement primaire. Les valeurs nominales de courant secondaire standard sont de 5 ampères ou 1 ampère, compatibles avec les instruments de mesure standard. L'enroulement secondaire peut être à rapport unique ou avoir plusieurs points de prise pour fournir une gamme de rapports. Il faut veiller à ce que l'enroulement secondaire ne soit pas déconnecté de sa charge à faible impédance pendant que le courant circule dans le primaire, car cela peut produire une tension dangereusement élevée à travers le secondaire ouvert et peut affecter de manière permanente la précision du transformateur.

Des TC à large bande spécialement conçus sont également utilisés, généralement avec un oscilloscope , pour mesurer des formes d'onde à haute fréquence ou des courants pulsés dans des systèmes d'alimentation pulsés . Un type fournit une sortie de tension proportionnelle au courant mesuré. Un autre, appelé bobine de Rogowski , nécessite un intégrateur externe pour fournir une sortie proportionnelle.

Une pince ampèremétrique utilise un transformateur de courant avec un noyau fendu qui peut être facilement enroulé autour d'un conducteur dans un circuit. Il s'agit d'une méthode courante utilisée dans les instruments de mesure de courant portables, mais les installations permanentes utilisent des types de transformateurs de courant plus économiques.

Les transformateurs de tension (TT), également appelés transformateurs de potentiel (TP), sont un type de transformateur de mesure connecté en parallèle, utilisé pour la mesure et la protection dans les circuits haute tension ou l'isolation par déphasage. Ils sont conçus pour présenter une charge négligeable à l'alimentation mesurée et pour avoir un rapport de tension précis afin de permettre une mesure précise. Un transformateur de potentiel peut avoir plusieurs enroulements secondaires sur le même noyau qu'un enroulement primaire, pour une utilisation dans différents circuits de mesure ou de protection. Le primaire peut être connecté phase à la terre ou phase à phase. Le secondaire est généralement mis à la terre sur une borne.

Il existe trois principaux types de transformateurs de tension (TT) : électromagnétique, à condensateur et optique. Le transformateur de tension électromagnétique est un transformateur bobiné. Le transformateur de tension à condensateur utilise un diviseur de potentiel de capacité et est utilisé à des tensions plus élevées en raison d'un coût inférieur à celui d'un TT électromagnétique. Un transformateur de tension optique exploite les propriétés électriques des matériaux optiques. La mesure de hautes tensions est possible grâce aux transformateurs de potentiel. Un transformateur de tension optique n'est pas strictement un transformateur, mais un capteur similaire à un capteur à effet Hall .

Un transformateur de mesure combiné renferme un transformateur de courant et un transformateur de tension dans le même transformateur. Il existe deux principaux modèles de transformateurs de courant et de tension combinés : isolés au papier huilé et isolés au SF _6. L'un des avantages de l'application de cette solution est la réduction de l'empreinte du poste , en raison du nombre réduit de transformateurs dans une baie, des structures de support et des connexions ainsi que des coûts réduits pour les travaux de génie civil, le transport et l'installation.

Un transformateur d'impulsions est un transformateur optimisé pour la transmission d'impulsions électriques rectangulaires (c'est-à-dire des impulsions avec des temps de montée et de descente rapides et une amplitude relativement constante ). Des versions plus petites, appelées types de signaux , sont utilisées dans les circuits logiques et de télécommunications numériques tels qu'Ethernet , souvent pour adapter les pilotes logiques aux lignes de transmission . On les appelle également modules transformateurs Ethernet.

Les versions de puissance moyenne sont utilisées dans les circuits de contrôle de puissance tels que les contrôleurs de flash d'appareil photo . Les versions de puissance plus importante sont utilisées dans l' industrie de la distribution d'énergie électrique pour interfacer les circuits de contrôle basse tension aux grilles haute tension des semi-conducteurs de puissance . Des transformateurs d'impulsions haute tension spéciaux sont également utilisés pour générer des impulsions de haute puissance pour les radars , les accélérateurs de particules ou d'autres applications d'énergie pulsée à haute énergie .

Pour minimiser la distorsion de la forme d'impulsion, un transformateur d'impulsions doit avoir de faibles valeurs d' inductance de fuite et de capacité distribuée , ainsi qu'une inductance en circuit ouvert élevée. Dans les transformateurs d'impulsions de type puissance, une faible capacité de couplage (entre le primaire et le secondaire) est importante pour protéger les circuits du côté primaire des transitoires de forte puissance créés par la charge. Pour la même raison, une résistance d'isolement élevée et une tension de claquage élevée sont nécessaires. Une bonne réponse transitoire est nécessaire pour maintenir la forme d'impulsion rectangulaire au secondaire, car une impulsion avec des fronts lents créerait des pertes de commutation dans les semi-conducteurs de puissance.

Le produit de la tension de crête de l'impulsion et de la durée de l'impulsion (ou plus précisément, l'intégrale tension-temps) est souvent utilisé pour caractériser les transformateurs d'impulsions. En règle générale, plus ce produit est élevé, plus le transformateur est grand et cher.

Les transformateurs d'impulsions ont par définition un cycle de service inférieur à 1 ⁄ 2 ; toute l'énergie stockée dans la bobine pendant l'impulsion doit être « évacuée » avant que l'impulsion ne soit à nouveau déclenchée.

Il existe plusieurs types de transformateurs utilisés dans le travail en radiofréquence (RF), qui se distinguent par la manière dont leurs enroulements sont connectés et par le type de noyaux (le cas échéant) sur lesquels les spires de la bobine sont enroulées.

L'acier laminé utilisé pour les noyaux des transformateurs de puissance est très inefficace en RF, gaspillant beaucoup d'énergie RF sous forme de chaleur, de sorte que les transformateurs destinés à être utilisés aux fréquences radio ont tendance à utiliser des céramiques magnétiques pour les noyaux d'enroulement, comme le fer en poudre (pour les fréquences moyennes et les ondes courtes inférieures ) ou la ferrite (pour les ondes courtes supérieures ). Le matériau du noyau autour duquel est enroulée une bobine peut augmenter considérablement son inductance - des centaines à des milliers de fois plus que « l'air » - augmentant ainsi le Q du transformateur . Les noyaux de ces transformateurs ont tendance à améliorer le plus les performances à l'extrémité inférieure de la bande de fréquences pour laquelle le transformateur a été conçu.

Les anciens transformateurs RF incluaient parfois une troisième bobine supplémentaire (appelée enroulement de rappel) pour injecter une rétroaction dans un étage antérieur ( détecteur ) dans les anciens récepteurs radio régénératifs .

Les transformateurs dits « à noyau d'air » n'ont en réalité aucun noyau : ils sont enroulés sur des formes ou des cadres non magnétiques ou simplement maintenus en forme par la rigidité du fil enroulé. Ils sont utilisés pour les travaux à très haute fréquence et à ondes courtes supérieures .

L'absence de noyau magnétiquement réactif signifie une très faible inductance par tour, ce qui nécessite de nombreux tours de fil sur la bobine du transformateur. Tout courant direct excite le courant inverse et induit une tension secondaire qui est proportionnelle à l'inductance mutuelle. En VHF , de tels transformateurs peuvent n'être rien de plus que quelques tours de fil soudés sur une carte de circuit imprimé .

Les transformateurs à noyau de ferrite sont largement utilisés dans les transformateurs RF, en particulier pour l'équilibrage du courant (voir ci-dessous) et l'adaptation d'impédance pour les antennes TV et radio. En raison de l'énorme amélioration de l'inductance produite par la ferrite, de nombreux transformateurs à noyau de ferrite fonctionnent bien avec seulement un ou deux tours.

La ferrite est un matériau céramique extrêmement réactif magnétiquement, fabriqué à partir d'oxyde de fer (rouille) mélangé à de petites fractions d'autres métaux ou de leurs oxydes , tels que le magnésium , le zinc et le nickel . Différents mélanges réagissent mieux à différentes fréquences. Comme ce sont des céramiques, les ferrites sont (presque) non conductrices, elles ne réagissent donc qu'aux champs magnétiques créés par les courants proches, et non aux champs électriques créés par les tensions qui les accompagnent.

Pour une utilisation en radiofréquence , les transformateurs « à inductance » sont parfois fabriqués à partir d'enroulements de lignes de transmission câblés en parallèle. Parfois, les enroulements sont des câbles coaxiaux , parfois des bifilaires (fils parallèles appariés) ; l'un ou l'autre est enroulé autour d'un noyau de ferrite , de poudre de fer ou d'air. Ce type de transformateur offre une bande passante extrêmement large, mais seul un nombre limité de rapports d'impédance (tels que 1:1, 1:4 ou 1:9) peut être obtenu avec cette technique.

Les transformateurs à self sont parfois appelés transformateurs de ligne de transmission (bien que voir ci-dessous pour un autre type de transformateur portant le même nom), ou transformateurs Guanella , ou symétriseurs de courant , ou isolateurs de ligne . Bien qu'il soit appelé transformateur de « ligne de transmission », il est distinct des transformateurs fabriqués à partir de segments de ligne de transmission.

• Le nom « ligne de transmission » est utilisé car une ligne coaxiale réelle est parfois utilisée, et lorsque des fils appariés sont utilisés, le constructeur doit prendre particulièrement soin de l'espacement des fils, afin de garantir que l' impédance de la ligne de transmission des fils coaxiaux ou appariés se situe près de la moyenne géométrique des impédances d'entrée et de sortie.
• Le nom « choke » est utilisé parce que les courants égaux et opposés (antiparallèles, équilibrés) dans les câbles coaxiaux ou appariés annulent les champs magnétiques des uns et des autres, leur permettant de passer sans entrave, mais le champ magnétique du flux déséquilibré inhibe le courant déséquilibré, le « étouffant ». Un raisonnement similaire s'applique au nom « isolateur de ligne ».
• On l'appelle « balun de courant » ou « transformateur de courant » car le flux transformé produit des courants équilibrés, plutôt que des tensions équilibrées typiques des autres types de transformateurs.

Aux fréquences radio et aux fréquences micro-ondes , un transformateur d'impédance quart d'onde peut fournir une adaptation d'impédance entre les circuits sur une plage de fréquences limitée, en utilisant uniquement une section de ligne de transmission ne dépassant pas un ⁠ 1 /4⁠ longueur d'onde . La ligne peut être un câble coaxial, un guide d'ondes, une ligne à ruban ou un microruban . Pour les fréquences VHF et UHF supérieures , où l'auto-résonance de la bobine interfère avec le bon fonctionnement, c'est généralement la seule méthode possible pour transformer les impédances de ligne.

Les transformateurs monofréquence sont fabriqués à partir de sections de ligne de transmission, souvent appelées « section d'adaptation » ou « tronçon d'adaptation ». Comme le transformateur à self ci-dessus, il est également appelé « transformateur de ligne de transmission », même si les deux sont très différents en termes de forme et de fonctionnement.

À moins qu'elle ne soit terminée par son impédance caractéristique , toute ligne de transmission produira des ondes stationnaires d' impédance sur toute sa longueur, répétant exactement chaque longueur d'onde complète et couvrant toute sa plage de valeurs absolues sur seulement un quart d'onde . On peut exploiter ce comportement pour transformer les courants et les tensions en connectant des sections de ligne de transmission avec des impédances non adaptées pour créer délibérément une onde stationnaire sur une ligne, puis en coupant et en reconnectant la ligne à l'endroit où l'impédance souhaitée est atteinte - ne nécessitant jamais plus d'un ⁠ 1 /4⁠ vague de lignes dépareillées.

Ce type de transformateur est très efficace (très peu de pertes) mais sévèrement limité dans la plage de fréquences sur laquelle il fonctionnera : Alors que le transformateur d'arrêt, ci-dessus, est à très large bande , un transformateur de section de ligne est à bande très étroite.

Le terme « balun » désigne tout transformateur configuré spécifiquement pour se connecter entre des circuits équilibrés (non reliés à la terre) et des circuits non équilibrés (reliés à la terre). Ils peuvent être fabriqués à l'aide de n'importe quel type de transformateur, mais l'équilibre réel obtenu dépend du type ; par exemple, les baluns « à self » produisent un courant équilibré et les baluns de type autotransformateur produisent des tensions équilibrées. Les baluns peuvent également être fabriqués à partir de configurations de lignes de transmission, en utilisant des câbles bifilaires ou coaxiaux similaires aux transformateurs de lignes de transmission en termes de construction et de fonctionnement.

En plus d'assurer l'interface entre les charges équilibrées et déséquilibrées en produisant un courant équilibré ou une tension équilibrée (ou les deux), les baluns peuvent en outre transformer (adapter) séparément l'impédance entre les charges.

Les transformateurs à noyau de ferrite sont largement utilisés dans les étages à fréquence intermédiaire (IF) des récepteurs radio superhétérodynes . Il s'agit pour la plupart de transformateurs accordés, contenant une tige filetée en ferrite qui est vissée ou dévissée pour ajuster le réglage IF. Les transformateurs sont généralement blindés pour plus de stabilité et pour réduire les interférences.

Les transformateurs audio sont spécialement conçus pour être utilisés dans les circuits audio afin de transporter le signal audio . Ils peuvent être utilisés pour bloquer les interférences radioélectriques ou la composante CC d'un signal audio, pour diviser ou combiner des signaux audio ou pour fournir une adaptation d'impédance entre des circuits à haute et basse impédance, comme entre une sortie d'amplificateur à tube à haute impédance (valve) et un haut-parleur à basse impédance , ou entre une sortie d'instrument à haute impédance et l'entrée à basse impédance d'une console de mixage . Les transformateurs audio qui fonctionnent avec des tensions et des courants de haut-parleur sont plus gros que ceux qui fonctionnent au niveau du microphone ou de la ligne, qui transportent beaucoup moins de puissance. Les transformateurs en pont connectent des circuits de communication à 2 et 4 fils .

En tant que dispositifs magnétiques, les transformateurs audio sont sensibles aux champs magnétiques externes tels que ceux générés par les conducteurs porteurs de courant alternatif. Le terme « bourdonnement » est couramment utilisé pour décrire les signaux indésirables provenant de l' alimentation secteur (généralement 50 ou 60 Hz). Les transformateurs audio utilisés pour les signaux de faible niveau, tels que ceux des microphones, incluent souvent un blindage magnétique pour se protéger contre les signaux étrangers couplés magnétiquement.

Les transformateurs audio ont été conçus à l'origine pour connecter différents systèmes téléphoniques entre eux tout en gardant leurs alimentations respectives isolées, et sont encore couramment utilisés pour interconnecter des systèmes audio professionnels ou des composants système, afin d'éliminer les bourdonnements et les bourdonnements. Ces transformateurs ont généralement un rapport de 1:1 entre le primaire et le secondaire. Ils peuvent également être utilisés pour diviser des signaux, équilibrer des signaux asymétriques ou alimenter un signal symétrique vers un équipement asymétrique. Les transformateurs sont également utilisés dans les boîtes de direct pour convertir les signaux d'instruments à haute impédance (par exemple, une guitare basse ) en signaux à faible impédance pour leur permettre de se connecter à une entrée microphone sur la console de mixage .

Un composant particulièrement critique est le transformateur de sortie d'un amplificateur à tubes . Les circuits à tubes pour une reproduction de qualité sont depuis longtemps produits sans aucun autre transformateur audio (inter-étage), mais un transformateur de sortie est nécessaire pour coupler l'impédance relativement élevée (jusqu'à quelques centaines d'ohms selon la configuration) des tubes de sortie à la faible impédance d'un haut-parleur . (Les tubes peuvent fournir un faible courant à haute tension ; les haut-parleurs nécessitent un courant élevé à basse tension.) La plupart des amplificateurs de puissance à semi-conducteurs n'ont pas besoin de transformateur de sortie du tout.

Les transformateurs audio affectent la qualité du son car ils ne sont pas linéaires. Ils ajoutent une distorsion harmonique au signal d'origine, en particulier les harmoniques d'ordre impair, en mettant l'accent sur les harmoniques du troisième ordre. Lorsque l'amplitude du signal entrant est très faible, le niveau n'est pas suffisant pour alimenter le noyau magnétique (voir coercivité et hystérésis magnétique ). Lorsque l'amplitude du signal entrant est très élevée, le transformateur sature et ajoute des harmoniques provenant d'un écrêtage doux. Une autre non-linéarité provient d'une réponse en fréquence limitée. Pour une bonne réponse en basse fréquence, un noyau magnétique relativement grand est nécessaire ; une gestion de puissance élevée augmente la taille du noyau requise. Une bonne réponse en haute fréquence nécessite des enroulements soigneusement conçus et mis en œuvre sans inductance de fuite excessive ni capacité parasite . Tout cela en fait un composant coûteux.

Les premiers amplificateurs de puissance audio à transistors avaient souvent des transformateurs de sortie, mais ils ont été éliminés lorsque les progrès des semi-conducteurs ont permis la conception d'amplificateurs avec une impédance de sortie suffisamment faible pour piloter directement un haut-parleur.

De la même manière que les transformateurs créent des circuits de transmission de puissance haute tension qui minimisent les pertes de transmission, les transformateurs de haut-parleur peuvent alimenter de nombreux haut-parleurs individuels à partir d'un seul circuit audio fonctionnant à des tensions de haut-parleur supérieures à la normale. Cette application est courante dans les applications de sonorisation . De tels circuits sont communément appelés systèmes de haut-parleurs à tension constante . Ces systèmes sont également connus par la tension nominale de la ligne de haut-parleur, comme les systèmes de haut-parleurs de 25 , 70 et 100 volts (la tension correspondant à la puissance nominale d'un haut-parleur ou d'un amplificateur). Un transformateur élève la sortie de l'amplificateur du système à la tension de distribution. Aux emplacements éloignés des haut-parleurs, un transformateur abaisseur adapte le haut-parleur à la tension nominale de la ligne, de sorte que le haut-parleur produit une sortie nominale nominale lorsque la ligne est à tension nominale. Les transformateurs de haut-parleur ont généralement plusieurs prises primaires pour ajuster le volume de chaque haut-parleur par étapes.

Les amplificateurs à tubes utilisent presque toujours un transformateur de sortie pour répondre aux exigences d'impédance de charge élevée des tubes (plusieurs kilohms) d'un haut-parleur à faible impédance.

Les cellules phonographiques à bobine mobile produisent une tension très faible. Pour que celle-ci soit amplifiée avec un rapport signal/bruit raisonnable, il faut généralement un transformateur pour convertir la tension dans la gamme des cellules à aimant mobile plus courantes.

Les microphones peuvent également être adaptés à leur charge à l'aide d'un petit transformateur, blindé en métal mu pour minimiser la captation de bruit. Ces transformateurs sont moins utilisés aujourd'hui, car les tampons transistorisés sont désormais moins chers.

Dans un amplificateur push-pull , un signal inversé est nécessaire et peut être obtenu à partir d'un transformateur à enroulement à prise médiane, utilisé pour piloter deux dispositifs actifs en opposition de phase. Ces transformateurs à déphasage ne sont plus très utilisés aujourd'hui.

Un transacteur est une combinaison d'un transformateur et d'un réacteur . Un transacteur possède un noyau de fer avec un entrefer, ce qui limite le couplage entre les enroulements.

Les transformateurs Hedgehog sont parfois rencontrés dans les radios artisanales des années 1920. Il s'agit de transformateurs de couplage inter-étages audio faits maison.

Un fil de cuivre émaillé est enroulé autour de la moitié centrale de la longueur d'un faisceau de fils de fer isolés (par exemple, du fil de fleuriste) pour réaliser les enroulements. Les extrémités des fils de fer sont ensuite pliées autour de l'enroulement électrique pour compléter le circuit magnétique, et le tout est enveloppé de ruban adhésif ou de ficelle pour le maintenir ensemble.

Un variomètre est un type d' inducteur RF à noyau d'air variable en continu avec deux enroulements. Une forme courante consistait en une bobine enroulée sur une forme cylindrique creuse courte, avec une deuxième bobine plus petite à l'intérieur, montée sur un arbre de sorte que son axe magnétique puisse être tourné par rapport à la bobine extérieure. Les deux bobines sont connectées en série. Lorsque les deux bobines sont colinéaires, avec leurs champs magnétiques pointés dans la même direction, les deux champs magnétiques s'ajoutent et l'inductance est maximale. Si la bobine intérieure est tournée de sorte que son axe soit à un angle par rapport à la bobine extérieure, les champs magnétiques ne s'ajoutent pas et l'inductance est moindre. Si la bobine intérieure est tournée de manière à être colinéaire avec la bobine extérieure mais que leurs champs magnétiques pointent dans des directions opposées, les champs s'annulent et l'inductance est très faible ou nulle. L'avantage du variomètre est que l'inductance peut être ajustée en continu, sur une large plage. Les variomètres étaient largement utilisés dans les récepteurs radio des années 1920. L’une de leurs principales utilisations aujourd’hui est celle de bobines d’adaptation d’antenne pour adapter les émetteurs radio à ondes longues à leurs antennes.

Le vario-coupleur était un appareil de construction similaire, mais les deux bobines n'étaient pas connectées mais attachées à des circuits séparés. Il fonctionnait donc comme un transformateur RF à noyau d'air avec couplage variable. La bobine intérieure pouvait être tournée de 0° à 90° par rapport à la bobine extérieure, réduisant ainsi l'inductance mutuelle du maximum à presque zéro.

Le variomètre à bobine plate était une autre construction courante utilisée dans les récepteurs et les émetteurs des années 1920. Il se compose de deux bobines plates en spirale suspendues verticalement l'une en face de l'autre, articulées d'un côté de sorte que l'une puisse pivoter à l'opposé de l'autre à un angle de 90° pour réduire le couplage. La conception en spirale plate servait à réduire la capacité parasite et les pertes aux fréquences radio.

Les coupleurs vario à bobines en forme de crêpe ou de « nid d'abeille » étaient utilisés dans les années 1920 dans les récepteurs radio régénératifs Armstrong ou « tickler » courants . Une bobine était connectée au circuit de grille du tube détecteur . L'autre bobine, la bobine « tickler », était connectée au circuit de plaque (sortie) du tube. Elle renvoyait une partie du signal du circuit de plaque vers l'entrée, et cette rétroaction positive augmentait le gain et la sélectivité du tube.

Un transformateur rotatif (rotatoire) est un transformateur spécialisé qui couple les signaux électriques entre deux pièces qui tournent l'une par rapport à l'autre, comme alternative aux bagues collectrices , qui sont sujettes à l'usure et au bruit de contact. Ils sont couramment utilisés dans les applications de bandes magnétiques à balayage hélicoïdal .

Un transformateur différentiel variable est un capteur de position robuste sans contact. Il possède deux primaires en opposition de phase qui produisent nominalement une sortie nulle dans le secondaire, mais tout mouvement du noyau modifie le couplage pour produire un signal.

Le résolveur biphasé et le synchro triphasé associé sont des capteurs de position rotatifs qui fonctionnent sur 360°. Le primaire est tourné dans deux ou trois secondaires à des angles différents, et les amplitudes des signaux secondaires peuvent être décodées en un angle. Contrairement aux transformateurs différentiels variables, les bobines, et pas seulement le noyau, se déplacent les unes par rapport aux autres, de sorte que des bagues collectrices sont nécessaires pour connecter le primaire.

Les résolveurs produisent des composantes en phase et en quadrature qui sont utiles pour le calcul. Les synchros produisent des signaux triphasés qui peuvent être connectés à d'autres synchros pour les faire tourner dans une configuration générateur/moteur.

Deux transducteurs piézoélectriques peuvent être couplés mécaniquement ou intégrés dans une seule pièce de matériau, créant ainsi un transformateur piézoélectrique .

Un transformateur Flyback est un transformateur haute tension et haute fréquence utilisé dans les boules à plasma et les tubes cathodiques (CRT). Il fournit la tension continue anodique élevée (souvent plusieurs kV) nécessaire au fonctionnement des tubes cathodiques. Les variations de la tension anodique fournie par le Flyback peuvent entraîner des distorsions dans l'image affichée par le tube cathodique. Les Flybacks des tubes cathodiques peuvent contenir plusieurs enroulements secondaires pour fournir plusieurs autres tensions plus basses. Sa sortie est souvent pulsée car elle est souvent utilisée avec un multiplicateur de tension, qui peut être intégré au Flyback.