{"id":118,"date":"2026-08-22T02:34:28","date_gmt":"2026-08-21T18:34:28","guid":{"rendered":"https:\/\/q8bbzjnpm5.wpdns.site\/?p=118"},"modified":"2026-08-29T23:43:28","modified_gmt":"2026-08-29T15:43:28","slug":"in-depth-analysis-of-the-electromagnetic-induction-principle-of-transformers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/subian-electric.com\/fr\/news\/in-depth-analysis-of-the-electromagnetic-induction-principle-of-transformers\/","title":{"rendered":"Analyse approfondie du principe d'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique des transformateurs"},"content":{"rendered":"

Un ing\u00e9nieur de maintenance technique d'une aci\u00e9rie de taille moyenne nous a contact\u00e9s au printemps dernier concernant un probl\u00e8me sans pr\u00e9c\u00e9dent : un transformateur de distribution de 1600 kVA qui fonctionne parfaitement lorsque les tensions au sol de l'usine sont suffisantes est signal\u00e9 comme \u00e9tant en violation des normes op\u00e9rationnelles. La cause profonde n'a \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e ni dans le changeur de prises ni dans le relais de protection ; elle \u00e9tait cach\u00e9e dans le principe de fonctionnement du transformateur, c'est-\u00e0-dire l'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique, qui permet \u00e0 tout transformateur de fonctionner. Une fois que nos experts ont d\u00e9couvert comment corr\u00e9ler la tension induite et les enroulements, la solution, c'est-\u00e0-dire un ajustement de ratio, a pris des heures. La majorit\u00e9 des \u201cmyst\u00e8res\u201d des transformateurs se r\u00e9sout de mani\u00e8re similaire : une fois que vous savez ce que fait l'induction, vous savez quoi faire avec la machine.<\/p>\n

Dans cet article, nous avons fourni une description d\u00e9taill\u00e9e de la fa\u00e7on dont les transformateurs fonctionnent. Vous d\u00e9couvrirez ce qu'est l'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique, comment la loi de Faraday g\u00e9n\u00e8re du courant, pourquoi les transformateurs n'ont pas de pi\u00e8ces mobiles et comment cette compr\u00e9hension vous aidera \u00e0 prendre vos d\u00e9cisions d'achat et de maintenance.<\/p>\n

R\u00e9ponse courte :<\/strong> Le principe de fonctionnement des transformateurs repose sur le ph\u00e9nom\u00e8ne de l'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique. Selon la d\u00e9finition, un courant \u00e9lectrique alternatif circulant dans la bobine primaire cr\u00e9e un changement de champ magn\u00e9tique dans le noyau du transformateur, entra\u00eenant l'induction d'un courant \u00e9lectrique dans la bobine secondaire. La loi de Faraday stipule que le rapport de tension \u00e9lectrique doit \u00eatre \u00e9gal au rapport du nombre de tours, dans le cas d'un transformateur 10 kV\/0,4 kV, nous avons besoin de 25 tours d'enroulement pour cr\u00e9er une chute de tension. Il convient de mentionner que les transformateurs qui r\u00e9pondent aux exigences de la norme IEC 60076 atteignent une efficacit\u00e9 d'environ 98-99,7%.<\/p><\/blockquote>\n

\"In<\/p>\n

\n

Qu'est-ce que l'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique dans un transformateur ?<\/h2>\n

L'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique est le processus par lequel une force \u00e9lectromotrice (ou tension) est cr\u00e9\u00e9e dans un conducteur en raison d'un champ magn\u00e9tique dynamique. Dans les transformateurs, l'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique se produit deux fois pendant un demi-cycle : le courant alternatif circulant dans la premi\u00e8re bobine cr\u00e9e le flux magn\u00e9tique variable, qui coupe la seconde bobine et induit la tension en elle. Cela n'implique aucun mouvement m\u00e9canique ; ainsi, le transformateur cause presque aucune usure puisque aucun mouvement n'est impliqu\u00e9.<\/p>\n

Ce ph\u00e9nom\u00e8ne a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvert en 1831 par le scientifique anglais Michael Faraday et a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 depuis lors dans la conception des transformateurs pour produire de l'\u00e9lectricit\u00e9. De m\u00eame, deux facteurs contr\u00f4lent la tension induite (secondaire) : le nombre de tours et le taux de changement du flux. Une fr\u00e9quence plus \u00e9lev\u00e9e signifie que le flux change plus rapidement et la tension induite est plus \u00e9lev\u00e9e, ce qui explique pourquoi les noyaux de transformateur fonctionnent \u00e0 des fr\u00e9quences de 50 ou 60 Hertz.<\/p>\n

\"Comment<\/p>\n

Comment fonctionne le principe de fonctionnement du transformateur<\/h2>\n

Consid\u00e9rons l'agencement traditionnel de deux enroulements. Dans cette configuration, l'enroulement primaire est connect\u00e9 \u00e0 l'alimentation entrante tandis que l'enroulement secondaire se connecte \u00e0 la charge. Le flux de courant alternatif (CA) cr\u00e9e un champ magn\u00e9tique dans le noyau de transformateur en acier au silicium lamin\u00e9. \u00c9tant donn\u00e9 que la nature de l'\u00e9lectricit\u00e9 est alternative (changeante), l'induction magn\u00e9tique du noyau variera \u00e9galement constamment, entra\u00eenant un flux magn\u00e9tique qui monte et descend et change de direction 50 ou 60 fois par seconde.<\/p>\n

Le flux magn\u00e9tique alternatif produit dans le noyau du transformateur induit une force \u00e9lectromotrice aux bornes de l'enroulement secondaire. En cons\u00e9quence, le courant circulera \u00e0 travers la charge connect\u00e9e \u00e0 l'enroulement secondaire et effectuera le travail n\u00e9cessaire. Ainsi, nous pouvons r\u00e9sumer le principe de fonctionnement du transformateur en trois \u00e9tapes :<\/p>\n

    \n
  • Le courant primaire cr\u00e9e un champ magn\u00e9tique alternatif ;<\/li>\n
  • Le champ traverse le noyau en fer et relie deux enroulements ;<\/li>\n
  • Le champ changeant induit une tension dans l'enroulement secondaire.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Quantit\u00e9<\/th>\nC\u00f4t\u00e9 primaire<\/th>\nC\u00f4t\u00e9 secondaire<\/th>\nRelation<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    Tension (V)<\/td>\nV1<\/sub><\/td>\nV2<\/sub><\/td>\nV1<\/sub> \/ V2<\/sub> = N1<\/sub> \/ N2<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
    Enroulements (N)<\/td>\nN1<\/sub><\/td>\nN2<\/sub><\/td>\nD\u00e9termin\u00e9 \u00e0 l'\u00e9tape de conception<\/td>\n<\/tr>\n
    Courant (I)<\/td>\nI1<\/sub><\/td>\nI2<\/sub><\/td>\nI1<\/sub> \u00d7 V1<\/sub> = I2<\/sub> \u00d7 V2<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
    Imp\u00e9dance (Z)<\/td>\nZ1<\/sub><\/td>\nZ2<\/sub><\/td>\nZ1<\/sub> = Z2<\/sub> \u00d7 (N1<\/sub>\/N2<\/sub>)2<\/sup><\/td>\n<\/tr>\n
    Puissance (S)<\/td>\nPratiquement \u00e9gale des deux c\u00f4t\u00e9s<\/td>\nS1<\/sub> \u2248 S2<\/sub> (moins les pertes)<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    Puisque la puissance est conserv\u00e9e (sauf pour les pertes), augmenter la tension secondaire diminue automatiquement le courant. Un transformateur de 1 MVA \u00e0 0,4 kV transportera environ 1 443 A du c\u00f4t\u00e9 basse tension, mais la m\u00eame puissance \u00e0 33 kV ne transportera qu'environ 17,5 A. Ainsi, cette relation inverse entre tension et courant est la raison pour laquelle les services publics augmentent la tension pour la transmission sur de longues distances, car un courant plus faible signifie moins de pertes dues \u00e0 I\u00b2R.<\/p>\n

    La loi de Faraday et le rapport de transformation expliqu\u00e9s<\/h2>\n

    Selon la loi de Faraday, elle stipule que la force \u00e9lectromotrice induite est le taux de changement dans le lien de flux magn\u00e9tique dont la formule est donn\u00e9e par E = \u2212N \u00d7 d\u03a6\/dt. Dans le cas d'un transformateur pratique fonctionnant avec une tension sinuso\u00efdale, la loi ci-dessus s'applique.<\/p>\n

    V \u2248 4,44 \u00d7 f \u00d7 N \u00d7 \u03a6max<\/p>\n

    O\u00f9 f est la fr\u00e9quence qui est soit 50 soit 60 Hz, N est le nombre d'enroulements, et \u03a6max repr\u00e9sente le flux maximum du noyau. Ainsi, il en r\u00e9sulte :<\/p>\n

    La tension est fix\u00e9e par le nombre d'enroulements. La tension est d\u00e9finie pour un noyau particulier automatiquement et chaque enroulement obtient son propre \u201cvolts par enroulement\u201d fixe. Par exemple, un secondaire obtient une tension \u00e9gale \u00e0 400 volts avec 18 enroulements et situ\u00e9 \u00e0 c\u00f4t\u00e9 du primaire avec 540 enroulements de telle mani\u00e8re que la tension soit \u00e9gale \u00e0 12 kilovolts, ce qui correspond au rapport 30:1 requis par les r\u00e9seaux \u00e9lectriques.<\/p>\n

    Le rapport d'enroulements est \u00e9gal au rapport de tension. Un transformateur fonctionne \u00e0 un rapport \u00e9gal \u00e0 25:1 changeant 10 kV en 400 V. Le rapport peut \u00eatre trouv\u00e9 sur sa plaque signal\u00e9tique qui indique 25:1 ou 25000\/400 V.
    \nLe rapport de courant est inverse. Ainsi, le dispositif fonctionnant avec ce rapport produira 25 fois plus de courant du c\u00f4t\u00e9 secondaire par rapport au primaire lorsqu'il fonctionne avec la m\u00eame puissance.<\/p>\n

    Cela signifie que le \u201c transformateur \u00e9l\u00e9vateur ou abaisseur \u201d est en r\u00e9alit\u00e9 le m\u00eame appareil qui est simplement utilis\u00e9 \u00e0 l'envers. Un transformateur de g\u00e9n\u00e9rateur transforme 11 kV en 220 kV tandis que le m\u00eame groupe d'enroulement combin\u00e9 avec un c\u00f4t\u00e9 secondaire diff\u00e9rent ram\u00e8nera 220 kV \u00e0 11 kV.<\/p>\n

    Composants principaux qui rendent l'induction possible<\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Composant<\/th>\nMat\u00e9riau \/ Forme<\/th>\nR\u00f4le dans l'induction<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    Noyau<\/td>\nAcier au silicium orient\u00e9, laminations de 0,23 \u00e0 0,35 mm<\/td>\nFournit un chemin magn\u00e9tique \u00e0 faible reluctance ; la lamination r\u00e9duit les pertes par courants de Foucault<\/td>\n<\/tr>\n
    Enroulement primaire<\/td>\nConducteur en cuivre ou en aluminium, isol\u00e9<\/td>\nCr\u00e9e le flux magn\u00e9tique alternatif \u00e0 partir du courant d'alimentation<\/td>\n<\/tr>\n
    Enroulement secondaire<\/td>\nConducteur en cuivre ou en aluminium, isol\u00e9<\/td>\nIntercepte le flux et d\u00e9livre la tension induite \u00e0 la charge<\/td>\n<\/tr>\n
    Syst\u00e8me d'isolation<\/td>\nPapier kraft + huile (immerg\u00e9 dans l'huile) ou r\u00e9sine \u00e9poxy (type sec)<\/td>\nIsole \u00e9lectriquement les enroulements et le noyau ; l'huile transf\u00e8re \u00e9galement la chaleur<\/td>\n<\/tr>\n
    Changeur de prises<\/td>\nHors circuit ou sous charge, \u00b15% typiquement<\/td>\nAjuste le rapport de tours effectif pour correspondre \u00e0 la tension du syst\u00e8me<\/td>\n<\/tr>\n
    R\u00e9servoir \/ enceinte<\/td>\nAcier soud\u00e9 avec conservateur ou syst\u00e8me N2<\/td>\nProt\u00e8ge l'assemblage noyau-enroulement et le liquide di\u00e9lectrique<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    Deux aspects sont \u00e0 noter. Le premier est que le noyau est lamin\u00e9 au lieu d'\u00eatre solide, car un noyau solide fonctionnerait comme un tour court-circuit\u00e9 et g\u00e9n\u00e9rerait de la chaleur en raison des courants induits pendant le fonctionnement. Le second est que le cuivre est utilis\u00e9 comme mat\u00e9riau d'enroulement dans la plupart des mod\u00e8les \u00e0 haute efficacit\u00e9. Un transformateur d'une capacit\u00e9 de 1 000 kVA utilise environ 800 \u00e0 1 000 kg de cuivre dans l'enroulement et c'est la raison pour laquelle le prix du cuivre influence directement le prix des transformateurs.<\/p>\n

    Transformateur \u00e9l\u00e9vateur vs transformateur abaisseur : Inversion de l'induction<\/h2>\n

    Chaque r\u00e9seau \u00e9lectrique a les deux aspects fonctionnels int\u00e9gr\u00e9s en lui-m\u00eame. La g\u00e9n\u00e9ration augmente la tension tandis que la distribution la diminue, d'o\u00f9 le processus de d\u00e9finition de celui qui est n\u00e9cessaire doit commencer par la d\u00e9termination de votre zone de service.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Sc\u00e9nario<\/th>\nC\u00f4t\u00e9 entr\u00e9e<\/th>\nC\u00f4t\u00e9 sortie<\/th>\nUnit\u00e9 typique<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    Exportation de parc solaire \/ \u00e9olien<\/td>\nSortie de l'onduleur 0,4\u20130,8 kV<\/td>\nBus collecteur 10\u201335 kV<\/td>\nTransformateur \u00e9l\u00e9vateur, 0,5\u201310 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
    Transmission utilitaire<\/td>\n11\u201366 kV<\/td>\n110\u2013765 kV<\/td>\nTransformateur GSU, 50\u20131 000 MVA<\/td>\n<\/tr>\n
    Sous-station aux consommateurs<\/td>\n10\u201335 kV<\/td>\n4 kV<\/td>\nUnit\u00e9 de distribution abaisseur, 100\u20132 500 kVA<\/td>\n<\/tr>\n
    Service d'usine industrielle<\/td>\n33 kV<\/td>\n6,6 \/ 11 kV<\/td>\nTransformateur principal, 2\u201340 MVA<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    Une erreur fr\u00e9quente dans le dimensionnement est de n\u00e9gliger de se rappeler que le rapport de tension du transformateur n'est pas l'histoire compl\u00e8te. Le transformateur avec un rapport de 35 kV\/0,4 kV a \u00e9galement une puissance KVA fixe et une certaine tension d'imp\u00e9dance (g\u00e9n\u00e9ralement de 4 \u00e0 8%) et un groupe vectoriel (le plus couramment Dyn11 pour le service de distribution). Le principe d'induction montre le rapport, mais la puissance montre le fer, le cuivre et le refroidissement utilis\u00e9s. Commander le transformateur uniquement par la tension est la m\u00eame chose que d'acheter une pompe uniquement par la taille du tuyau, car le d\u00e9bit (KVA) est tout aussi important.<\/p>\n

    Efficacit\u00e9 et pertes dans les transformateurs pratiques<\/h2>\n

    En raison du fait que l'induction n'est qu'une interconnexion \u00e9lectromagn\u00e9tique, l'efficacit\u00e9 th\u00e9orique des transformateurs peut \u00eatre assez \u00e9lev\u00e9e. Les transformateurs r\u00e9els construits selon la norme IEC 60076 ont des efficacit\u00e9s allant de 98,% \u00e0 99,7%, et les grands transformateurs de puissance sont connus pour avoir les taux d'efficacit\u00e9 les plus \u00e9lev\u00e9s parmi les machines tournantes et statiques. Les pertes peuvent \u00eatre divis\u00e9es en deux grandes cat\u00e9gories :<\/p>\n

    Pertes \u00e0 vide : pertes par hyst\u00e9r\u00e9sis et pertes par courants de Foucault, qui peuvent \u00eatre trouv\u00e9es dans le fer chaque fois que le transformateur fonctionne. Les pertes \u00e0 vide repr\u00e9sentent 0,1 \u00e0 0,5% de la puissance nominale.
    \nPertes de charge : les pertes de cuivre. La perte de chaleur pendant le fonctionnement des enroulements du transformateur peut \u00eatre calcul\u00e9e \u00e0 l'aide de la formule I\u00b2R et divis\u00e9e en deux cat\u00e9gories. Dans le cas o\u00f9 la charge est 1,5 fois sup\u00e9rieure \u00e0 la charge nominale, les pertes de puissance augmenteront consid\u00e9rablement \u2014 par exemple, un transformateur de 1000 kVA qui a une certaine puissance perd 8,5 kW, peut perdre presque 19 kW lorsqu'il est en surcharge de 150%.<\/p>\n

    La conception efficace d'un transformateur de 1 000 kVA garantit des pertes comprises entre 1,4 et 2,4 kW \u00e0 vide et des pertes comprises entre 8 et 13 kW lorsque les transformateurs sont aliment\u00e9s. L'importance des pertes peut \u00eatre expliqu\u00e9e par le fait que les transformateurs fonctionnent toute l'ann\u00e9e et donc m\u00eame la petite baisse de 1 kW des pertes pendant le fonctionnement du transformateur permettra d'\u00e9conomiser 876 dollars am\u00e9ricains par an.<\/p>\n

    Types de transformateurs de puissance construits sur le m\u00eame principe<\/h2>\n

    Le m\u00e9canisme d'induction est universel, mais la construction varie \u00e9norm\u00e9ment selon l'utilisation. Les principales familles sont :<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Taper<\/th>\nRefroidissement \/ isolation<\/th>\nPuissance typique<\/th>\nO\u00f9 utilis\u00e9<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    Transformateur immerg\u00e9 dans l'huile<\/td>\nONAN \/ ONAF<\/td>\n50 kVA\u20131 000+ MVA<\/td>\nServices publics, sous-stations industrielles<\/td>\n<\/tr>\n
    Transformateur \u00e0 sec<\/td>\nCoul\u00e9 \u00e9poxy ou VPI<\/td>\n100\u201310 000 kVA<\/td>\nGrands immeubles, m\u00e9tro, offshore<\/td>\n<\/tr>\n
    Transformateur de distribution<\/td>\nMontage sur poteau ou sur socle ONAN<\/td>\n5\u20135,000 kVA<\/td>\nLast-mile voltage conversion<\/td>\n<\/tr>\n
    Power \/ GSU transformer<\/td>\nONAN\/ONAF\/OFAF<\/td>\n10\u20131,000 MVA<\/td>\nTransmission and generation<\/td>\n<\/tr>\n
    Amorphous core transformer<\/td>\nOil-immersed, amorphous steel<\/td>\n50\u20132 500 kVA<\/td>\nLow no-load loss applications<\/td>\n<\/tr>\n
    Specialty (rectifier, furnace, phase-shifting)<\/td>\nOil or dry<\/td>\n1\u2013200 MVA<\/td>\nIndustrial process loads<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    Typical Specifications of Induction-Based Transformers<\/h2>\n

    By referring to the working principle, the nameplate reveals all the information about how the induction device has been designed. A standard 1,000 kVA, 10\/0.4 kV distribution system has these values:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Param\u00e8tre<\/th>\nCommon value<\/th>\nStandard reference<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    Puissance nominale<\/td>\n100\u20132,500 kVA (per order)<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\n<\/tr>\n
    Rapport de tension<\/td>\n10 kV \/ 0.4 kV (example)<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\n<\/tr>\n
    Groupe vectoriel<\/td>\nDyn11<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\n<\/tr>\n
    Tension d'imp\u00e9dance<\/td>\n4\u20136% at rated current<\/td>\nIEC 60076-5<\/td>\n<\/tr>\n
    Pertes \u00e0 vide<\/td>\n1.4\u20132.4 kW<\/td>\nIEC 60076-1 \/ ISO energy classes<\/td>\n<\/tr>\n
    Load loss at 120 \u00b0C<\/td>\n8\u201313 kW<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\n<\/tr>\n
    Plage de prises<\/td>\n\u00b12\u00d72.5% or \u00b15%<\/td>\nIEC 60076-1<\/td>\n<\/tr>\n
    Cooling class<\/td>\nONAN (50\u201363 \u00b0C rise)<\/td>\nIEC 60076-2<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    Top Brands & Price Ranges for Power Transformers<\/h2>\n

    In the market, there are only a few globally recognized companies that create astonishing products. ABB (currently ABB Ltd) and Hitachi Energy hold the upper hand in the design of the generators and HVDC transformers; Siemens Energy and GE Vernova are known for their ultra-high-voltage and large power systems; Schneider Electric and Eaton concentrate on the distribution industry and dry-type transformers. Their devices usually cost more and have longer completion times. On this background, manufacturers from China are gaining high shares in the global distribution and medium power equipment market, utilizing the benefits which arise due to compliance with IEC 60076 standards and lower production costs.<\/p>\n

    A company called Jiangsu Subian Electric Power<\/strong> is among such manufacturers. It produces both oil-immersed and dry-strip transformers with power ranging from 10 kVA to tens of MVA, which meet the requirements of IEC 60076. The company supplies products to more than 40 countries around the globe. Customers contact factories directly to settle questions related to transformers such as vector groups, tap ranges, losses or cooling design. As a result, in the case when induction theory is not subject to negotiations, but the budget is fixed, Subian can offer verified production backed by engineering input and monitoring. The prices are shown in the table below.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
    Marque<\/th>\nForce<\/th>\nTypical price range (distribution scale)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
    ABB<\/td>\nGlobal power engineering leader<\/td>\n$15,000\u2013$80,000+<\/td>\n<\/tr>\n
    Hitachi Energy<\/td>\nGSU and HVDC specialist<\/td>\n$20,000\u2013$150,000+<\/td>\n<\/tr>\n
    Siemens Energy<\/td>\nUltra-high-voltage capability<\/td>\n$18,000\u2013$120,000+<\/td>\n<\/tr>\n
    Schneider Electric<\/td>\nDry-type and smart distribution<\/td>\n$10,000\u2013$45,000<\/td>\n<\/tr>\n
    Eaton<\/td>\nDistribution and industrial units<\/td>\n$8,000\u2013$30,000<\/td>\n<\/tr>\n
    Jiangsu Subian Electric Power<\/td>\nIEC 60076 factory, competitive pricing<\/td>\n$4,000\u2013$60,000 (typical), prices vary by spec and region<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    Prices are indicative FOB ranges for 250\u20135,000 kVA units and vary with rating, copper price, cooling type, and destination.<\/p>\n

    \"How<\/p>\n

    How to Choose a Transformer Using the Working Principle<\/h2>\n