Petits transformateurs
Calcul abaques et réalisation (10 VA à 500 VA)
Exemple réel de réalisation
(V2)

1 Comment se pose le problèmtransfo10e
1.1 C'est quoi un transformateur
1.2 Cas où il est nécessaire de bobiner
1.3 La démarche inverse
1.4 Les tôles
1.5 Le support isolant du bobinage
2 Très peu de théorie
2.1 Circuit magnétique
2.2 Le bobinage
2.3 Les pertes
2.3.1 Pertes dans le fer
2.3.2 Pertes Joule
2.3.3 L'entrefer et les fuites magnétiques

3 Réalisation
3.1 Choix des tôles et des formes
3.1.1 le "E" et le "I"
3.1.2 Le "C" ou double "C"
3.1.3 Puissance

3.2 Le bobinage
3.2.1 Le Primaire et le(s) secondaire(s)
3.2.2 Les spires (tours) et les fils
3.2.3 Comment bobiner physiquement
3.2.4 Les isolants plats
3.2.5 Comment sortir les fils
3.2.6 L'immobilisation des spires
3.2.7 Attention aux erreurs
3.2.8 La chaleur
3.2.9 Les tensions et courants
3.2.10 Les abaques
3.2.11 Montage des tôles

4 Essais
4.1 Sécurité
4.2 Mesures des valeurs nominales
4.3 Imprégnation
4.3.1 Le bruit
4.3.2 Transformateurs pour autres fréquences
5. Exemple Réel de réalisation (Nouveau §)
5.1 Détermination et choix carcasse
5.2 Mesure du bobinage existant
5.3 Spécifications transfo à réaliser
5.3.1 Schéma de principe
5.3.2 Calculs
5.4 Réalisation pratique
5.4.1 Réalisation d'un moyeu en bois et axe
5.4.2 Débobinage de l'existant et préparation
5.4.3 Considération sur le Bobinage
5.4.4 Bobinage réel
5.5 Le remontage des tôles
5.6 Les mesures
5.7 Considérations complémentaires
5.8 Conclusions de la réalisation
6 Conclusions

Si vous arrivez directement sur cette page par un moteur de recherche, vous pouvez avoir accès à la table des matières et à chaque article, en page d'accueil.    L'accès se fait par l'un des deux liens en tête de colonne de droite ----->

 

 


 

Préambule

Il y a de nombreuses années, les petits transformateurs pour l'électronique de loisirs coûtaient assez cher, de sorte que, lorsque l'on réalisait un montage, il était nécessaire de bobiner soi-même le transfo.
Ce n'est plus tout à fait le cas aujourd'hui, car les coûts on beaucoup baissé transfo28et pour 4 ou 5 Euros, on arrive à trouver ces petits éléments de l'ordre de 4 à 8 VA de puissance.
Pour des puissances supérieures, les prix montent très rapidement et sont franchement inabordables pour les transformateurs "toriques" (bobinés sur un anneau magnétique sans entrefer, photo ci-contre).

Pourquoi faire un article pour cela alors ? Simplement, parce qu'il y a des cas où le transformateur standard du commerce ne convient pas techniquement, de part les tensions et courants délivrés, mais aussi pour des questions d'isolation galvanique. Naturellement le "sur-mesure" existe, mais n'est pas abordable pour un particulier.

Cet article est donc juste fait pour cela, et pour permettre aussi de rappeler quelques éléments importants de cette transformation du courant alternatif sinusoïdal.
Cet article vous permettra peut être aussi de rebobiner le transfo d'un appareil dont vous ne pouvez vous séparer et qui a "cramé"…
Le développement durable passe aussi par la réparation des équipements utiles ...

NOTA : Les fichiers des abaques sont également téléchargeables en plusieurs formats (voir en fin d'article)

1 Comment se pose le problème

1.1 C'est quoi un transformateur

D'abord, un transformateur pour le secteur assure la transformation d'un courant ALTERNATIF sinusoïdal en un autre courant alternatif de même fréquence mais de caractéristiques de tensions et courants différents de l'origine.
Cette transformation a lieu par le biais d'un flux magnétique alternatif crée par un enroulement dit "Primaire" et reçu par un ou plusieurs enroulements dits "secondaires".
Plus la puissance ainsi transformée sera importante, plus le volume et le poids de l'ensemble seront importants. (C'est une "loi générale", car on n'a jamais vu une centrale nucléaire tenir dans un dé à coudre).

(Un flux magnétique représente l'intensité d'un champ magnétique pour une surface donnée suivant la formule : Phi=B.S
L'intensité du champ magnétique B était exprimée par le passé en GAUSS, elle est maintenant exprimée en TESLA sachant que 1 TESLA= 10000 GAUSS. L'unité de flux étant le WEBER.)

Nous ne parlerons ici que des petits transformateurs traditionnels 220 V primaire et en 50 Hz sinusoïdal. (Les extrapolations seront pourtant possibles).

1.2 Cas où il est nécessaire de bobiner

Je vais prendre un exemple tout à fait réel pour illustrer la nécessité de recourir au bobinage d'un petit transformateur.
Je dois faire fonctionner un petit montage ainsi qu'un petit mtransfo19oteur de 1.5Volts consommant 700 mA. Sachant que le montage consommera seulement 5 à 10 mA au grand maximum sous 12 Volts, il serait anormal de dissiper 7.3 W (10.5 volts X 700 mA) en chaleur pour le plaisir, d'autant qu'après il faut évacuer cette chaleur.
L'heure est aux économies d'énergie !
Alors il n'y a pas d'autre alternative que de réaliser un petit transformateur ayant deux enroulements secondaires différents. (Ou de réaliser un petit convertisseur à découpage ? mais ce n'est pas l'objet ici et on comprendra pourquoi…)

Ce cas serait tout aussi nécessaire, si vous deviez réaliser un transformateur haute tension (très délicat) pour la fixation électrostatique du papier sur une table traçante par exemple. (Encore qu'à ce niveau, il est souvent préférable de partir d'une tension assez élevée et de procéder ensuite avec des multiplicateurs de tension. A signaler pourtant que les condensateurs haute tension sont quasiment introuvables à "l'épicerie du coin" !)

On remarquera enfin que la réalisation d'un transformateur est une opération de patience, mais dont le résultat est souvent un succès, et remarquable par la fiabilité. Un transformateur tombe rarement en panne. Comptez donc le nombre de transformateurs EDF qui tombent en panne en fonctionnement normal (hormis la foudre). Il y en a peu !

1.3 La démarche inverse

Pour réaliser notre transformateur, il va d'abord falloir rechercher un vieux transformateur dont la section du noyau va permettre d'échanger la puissance nécessaire. (En effet hormis des fabricants et les bobiniers, le matériel spécifique à une réalisation est introuvable dans le commerce même spécialisé).
Tout commence donc par ce choix, car on va utiliser un vieux "rogaton" qui répondra le mieux à la puissance nécessaire.

Une impérieuse nécessité est d'éviter tout transformateur "imprégné", car il serait très difficile de décoller les tôles sans les déformer et d'extraire le mandrin en carton du support de bobinage. Dans ces cas, le mandrin subit des outrages qu'il est parfois difficile de réparer.

Le premier critère de choix se réalise donc par la section du fer (section autour de laquelle sont enroulés les bobinages) et donc la puitransfo1ssance effective du transformateur. Pour ce faire vous noterez pour le principe les deux formules qui gouvernent la relation entre la surface du noyau et la puissance. (Nous n'en aurons pas besoin, car les abaques permettent de simplifier).

S_réelle=1.2 rac(P)
S_apparente= 1.35 rac(P)

Par rapport à un modèle existant, ce sera la courbe avec surface apparente qui sera utilisée.
La surface en cause est celle du noyau magnétique sur lequel le bobinage est réalisé (voir ci-après dans le texte).

Cette démarche suppose aussi que vous avez un minimum de connaissances électriques ainsi qu'un peu de matériel avec au moins du fil émaillé de quelques diamètres. (Les plus gros diamètres pourraient être récupérés sur l'ancienne bobine environ jusqu'à 30/100. Le mieux est naturellement d'utiliser du neuf qui n'a pas subit de contraintes diélectriques ni d'épreuves dues à la chaleur et ni de surépaisseur de vernis d'imprégnation).

On notera qu'il est tout à fait possible (et même recommandé) d'utiliser un transformateur existant, et de débobiner seulement le secondaire (s'il est le dernier dans l'empilage, ce qui est le cas le plus fréquent), pour en remettre un autre, voire de diminuer seulement sa tension, si celle-ci est trop élevée.
Ce dernier cas se présentera assez souvent, et savoir le faire est très utile.
Il faudra aussi un minimum d'isolant inter-couches, car l'utilisation de papier ordinaire reste peu fiable à cause de l'isolation (entre couches mais aussi entre primaire et secondaire) et des risques de feu.

Le comptage des spires du bobinage lui-même est basé sur ltransfo17'utilisation du totalisateur d'un vieux compteur d'eau qui sert de compte tours, et qui est directement enchâssé dans le moyeu en bois.
Ce dispositif très rudimentaire est suffisant à condition de s'armer de patience. L'entraînement peut être réalisé par un moteur de perceuse électrique, mais de préférence par la bonne vieille "chignole" à main…
Le guidage du fil est alors réalisé à la main ! oui, oui !
J'ai commencé ainsi manuellement et ça marche parfaitement, car il est alors facile d'éliminer tous les chevauchements de fils qui sont toujours très néfastes à la fiabilité et sans aucune erreur de comptage.
Bien entendu le mieux est une machine dite "bobineuse", mais vous n'en avez pas, et moi non plus ! Dans ce cas, si vous avez cette machine, vous n'avez certainement pas besoin de cet article …

1.4 Les tôles

Le choix des tôles est moyennement important, car il ne faut pas faire la "fine bouche" du fait que pour trouver le bon transfo, ce ne sera pas toujours facile. Donc tôle de grande qualité ou non, cela restera tout de même des tôles magnétiques…
Le plus important est de reconnaître le "design" des tôles, car il y a de nombreuses solutions existantes avec des tôles en un ou plusieurs éléments à assembler. transfo11
Je recommande sans façons les formes en "E" et "I". (Photo en haut et à droite dans l'image) Les autres formes posent des problèmes pour introduire le bobinage.

Si vous avez des circuits magnétiques en forme de "C" ou double "C", c'est également parfait, car ces éléments sont en général de très bonne qualité magnétique. (Voir photo de tête d'article) 

Où trouver ces petits transformateurs ("transfos" en abrégé) ? Dans tout ce qui contient de l'électronique (vieilles télés, vieux amplificateurs, etc…)

Si vous récupérez un transfo ayant un peu d'imprégnation, il vous faudra penser à "racler" les surfaces, d'entrefer (surfaces en contact, (les tranches des tôles)) pour éviter les pertes de flux (Mais pas les surfaces entre les tôles).

1.5 Le support isolant du bobinage

Pour éviter de tout refaire, évaluez le support du bobinage existant, à savoir que les flasques s'ils existent sont toujours préférables, car ils évitent que les spires ne s'écartransfo15tent en bout de bobinage.
Les mandrins sans flasques, photo ci-contre, permettent de bobiner, mais il faut être vigilant sur la bonne tenue des spires d'extrémités, et cela d'autant plus que le nombre des couches augmente.

transfo22Si vous avez peur, prenez la peine de fabriquer des flasques, contrairement au mandrin, c'est beaucoup moins critique. Vous pourrez les coller par quelques gouttes d'Araldite. (A placer  sur la surface de bobinage, et ne pas ajouter leurs épaisseurs car on ne pourrait plus fermer l'entrefer). En d'autres termes les flasques doivent coulisser sur le mandrin pour être arasés avec lui.
Avant toutes choses vérifiez que vous pouvez passer les tôles sans difficultés et fermer le circuit magnétique.
Il m'est arrivé d'utiliser avec intérêt et satisfaction du verre époxy de circuit imprimé (sans aucune piste cela va sans dire) pour réaliser des flasques.

2 Très peu de théorie

2.1 Circuit magnétique

Les deux formules ont déjà été données et on va regarder les dimensions à prendre en compte. Comme prévu, il va falloir regarder sans rien démonter si un transfo peut faire notre affaire en termes de PUISSANCE.
Voir la photo en exemple. Il s'agit d'un transfo imprégné, mais il a l'air faiblement imprégné à cœur. Au pire sans autres possibilités, il pourrait peut-être faire l'affaire ?100_3432

La surface APPARENTE est de 4.7 cm (épaisseur de l'empilage de tôles) par 1.3 cm ? NON 1.3x2=2.6 cm. La raison est simple, vous ne pourrez jamais vraiment mesurer la section du noyau avant démontage, puisqu'il y a le bobinage avec souvent des flasques qui cachent.
Comme les flux latéraux convergent vers la bobine, le noyau a donc deux fois la surface d'une des surfaces latérales. (photo)
La surface apparente est donc 2.6x4.7=12.22 Cm².

Prenez l'abaque "Section du fer" sur la courbe rouge (apparente), vous lirez à peu près 83 VA (Volt Ampères). (Un transfo est une self, donc il faut raisonner en puissances apparentes car tension et courant ne sont pas en phase).
Supposons que vous ayez besoin d'une puissance de 70 VA, il vous reste un peu de marge (il faut IMPÉRATIVEMENT en garder). Ce serait donc parfait !

Une parenthèse à faire tout de suite dans ce paragraphe, si vous savez d'où vient ce transfo, alors vous pouvez peut-être savoir si il est possible d'éviter le rebobinage du Primaire (celui qui est sur le secteur 220V).
Le primaire est toujours un bobinage long à réaliser car il a un nombre de spires important. Donc si vous avez de la chance, vous réaliserez le démontage en faisant particulièrement attention à ne pas abîmer les bobinages. (A ce jour on ne recherche plus de hautes tensions comme par le passé, pour les tubes à vide, donc au plus fort on recherche du 48 V =).
Pour le transfo cité en début de §, celui-ci est un transformateur de photocopieur, et identification réalisée, c'est même un autotransformateur (les 4 fils sont ohmiquement liés). Ce que j'ai pu vérifier par le reste du matériel, est que la sortie est en 100 Volts et alimentait ainsi moteurs et relais !...Il serait donc intéressant à récupérer pour la puissance indiquée. (Il faudra cependant le rebobiner entièrement car la place occupée par les enroulements d'un auto transfo ne permet pas de placer un secondaire, car le secondaire fait partie intégrante du primaire !!!)

2.2 Le bobinage

Après avoir vu le circuit magnétique, il reste à examiner le bobinage et pour être plus précis, "LES" bobinages. A ce stade je ne pense pas que vous auriez besoin d'un autotransformateur (Un seul bobinage à prise intermédiaire dont le primaire est à la fois le siège du cotransfo19urant primaire et du courant secondaire. ATTENTION, il n'y a donc plus d'isolation galvanique entre Primaire et secondaire ! ni aucune place complémentaire pour un véritable secondaire)

On représente un transfo schématiquement ainsi :

En général il n'y a plus à ce jour de prises intermédiaires au primaire pour permettre d'ajuster la tension du secteur à la bonne valeur. Tout simplement parce que EDF maîtrise mieux ses pertes en lignes et que les tolérances sont parfaitement acceptables dans la quasi-totalité des cas.

Le bobinage primaire va transmettre toute la puissance au secondaire…moins quelques pertes que l'on précisera dans les paragraphes qui suivent.

Le calcul du courant sera tel que l'on reportera la puissance avec la formule P=UI sachant que c'est partiellement faux, car tension et courant sont décalés d'un angle qui va varier avec la puissance. Il faudra être "généreux" et ne pas hésiter à prendre un peu de sécurité. On parlera de puissance apparente qui s'exprime en VA (Volt Ampères)

Deux abaques (pour le téléchargement voir en fin d'article) vont vous permettre de déterminer le nombre de tours par Volt transfo2(primaire courbe bleue) en fonction de la section REELLE du noyau cette fois. (Formule de Boucherot)

Un deuxième abaque va vous donner la section de fil

transfo3

à utiliser pour permettre de passer la puissance avec un échauffement "acceptable".

Pour le(s) secondaire(s), il faudra compenser les pertes en augmentant légèrement le nombre de spires par volt. (Choisir en conséquence la courbe rouge).

Une parenthèse s'impose dès maintenant, lorsque vous aurez vu l'abaque des Nombres de tours par Volts en fonction de la puissance…Je ne vous conseille pas de débuter par un tout petit transfo, car le nombre de tours par volts est très élevé et de plus avec du fil extrêmement fin (6/100) qui ne va pas manquer de casser ! Il faut DÉBUTER au moins avec le plus petit fil ayant 15/100 au minimum, car il faut faire ses premières armes avec quelque chose de difficulté moyenne, mais pas insurmontable.

C'est tout ?
Pas tout à fait car ce serait tout de même un peu trop simple ! Un élément EXTRÊMEMENT IMPORTANT est de calculer si on va pouvoir LOGER TOUT CE FIL dans un espace aussi réduit…ce sera l'objet des paragraphes qui suivent…et c'est certainement le plus délicat, car la pratique et un manque de soin de réalisation peut mettre par terre de nombreuses heures de bobinage par manque de place !

Vous devrez réaliser les bobinages à spires JOINTIVES

Le bobinage en vrac n'est pas à mon sens ni une belle solution, ni une solution durable, car les tensions entre spires sont trop aléatoires et peuvent, sur un fil dont l'émail a été blessé, conduire à des amorçages destructeurs. Seul avantage…ça va vite à réaliser et ça gagne (parfois) un peu de place, mais il faut impérativement dans ce cas, des flasques qui vont contenir l'ensemble des spires.
La réalité du vrac réalisé manuellement, est très souvent une augmentation de place Nécessaire ! Alors ne vous engagez pas dans cette "mauvaise voie". 

2.3 Les pertes

2.3.1 Pertes dans le fer

Il faut rappeler un peu de théorie et parler des différentes pertes dans un transformateur…En premier lieu, il y a des pertes dans le fer, car après tout le circuit magnétique s'il est en fer reste tout de même un conducteur…certes moins bon que le cuivre mais tout de même.
On les regroupe sous le terme pertes "Fer" constituées des pertes par "courants de Foucault" et par "hystérésis" (Courbe de magnétisation en double "S").

Pour limiter ces pertes, il faut utiliser des matériaux à faibles pertes (Tôles au silicium, à grains orientés et/ou carcasse en C, double C ou torique).

Il faut aussi que les tôles soient isolées les unes les autres, c'est pourquoi elles sont souvent vernies maintenant, mais par le passé, elles étaient seulement oxydées non par la rouille, mais à la chaleur. (Bleuies), et parfois recouvertes d'un papier isolant (Voir photo au § des tôles ci-dessus avec les tôles en haut et à gauche de la photo).
La rouille est un plus mauvais conducteur que l'acier doux, donc que les tôles soient oxydées est un bien…mais un mal aussi car cela augmente la section apparente de fer et diminue d'autant la section active…

Pour compenser toutes les pertes, on augmentera légèrement le nombre de spires par volt au secondaire, et on fera attention de ne pas calculer trop juste les puissances possibles.

Ces pertes augmentent également avec l'induction (GAUSS ou TESLA) et elles sont évaluées à quelques Watts par kilogramme de tôle, et suivant les types de tôles (1.2 à 4 W/Kg  environ).

Surtout si vous utilisez de vieilles tôles, calculez toujours les sections de l'enroulement primaire pour la puissance maxi du transfo. (Et non pas pour votre seule utilisation).

On remarquera que les pertes "Fer" sont fixes, que le transformateur soit à vide ou en charge.

2.3.2 Pertes Joule

Là tout le monde maîtrise ou presque, ce sont les pertes dues tout bêtement à la résistance des fils de cuivre. Certes le cuivre est un excellent conducteur, mais il reste le seul métal utilisé pour les fils des petits transformateurs. (Je n'ai pas encore vu de fils en aluminium !)

Ces pertes Joules vont donc s'ajouter aux pertes "Fer" du transformateur et les corrections sont établies pour des valeurs moyennes dans les abaques, pour toutes pertes confondues.

On notera que ces pertes "Joule" vont donc augmenter en même temps que la puissance transmise. La température de fonctionnement des transformateurs en charge sera principalement due à ces pertes Joule.
Une petite partie des pertes "Joule" est également constante et correspond au courant à vide du transformateur (ou courant magnétisant)
On notera que les "pertes à vide" sont constituées des pertes "Fer" et des pertes "Joule" du courant magnétisant.

Ces pertes "Joule" vont largement être compensées par la courbe rouge de l'abaque des tours/volt.

Plus le transfo est petit, plus il faut compenser. A cette fin, à 4 Cm² la compensation est réalisée à +15%, alors qu'à 30 Cm² elle n'est que de +3%.
On comprendra facilement que dans ces conditions, les résultats ne tomberont jamais de façon absolument rigoureuse. Cependant les résultats seront au moins tout aussi satisfaisants que les matériels du commerce, d'un point de vue précision.

Ne pas manquer de signaler qu'un transformateur est fait pour travailler et donc pour une puissance nominale de service, et qu'en dehors de cela, les valeurs ne sont qu'approchées.

2.3.3 L'entrefer et les fuites magnétiques

Vous vous souvenez de l'école "primaire" et de l'expérience de matérialisation des lignes de champ sur un aimant avec de la limaille et une feuille de papier ? Eh bien c'est un peu pareil pour les transfos.
On va s'arranger pour que les circuits magnétiques se bouclent parfaitement, sans qu'il y ait de fuites de flux (ne pas oublier que c'est le flux magnétique qui "transporte" la puissance).
Or ces fuites se produisent principalement au raccordement des tôles lorsqu'il y rupture de la continuité du fer.
C'est pourquoi, par le passé on a tenté de ne faire qu'une seule rupture avec les tôles. Cela posait d'autres problèmes et c'est abandonné aujourd'hui. (Voir photo des tôlestransfo13)

Aujourd'hui on utilise principalement des tôles en "E" et "I". Pour le remontage des tôles on croisera les "E" et les "I" à chaque fois pour limiter les fuites.

Le "E" et "I", permettent avec la bobine au centre, d'éviter qu'une partie du flux créé ne se reboucle dans l'air sans atteindre le secondaire. Le flux se reboucle du centre dans chacune des 2 branches latérales.

C'est la raison pour laquelle les transfos en simple "C" sont un peu moins bons, car une partie du flux créé s'échappe dans l'air sans pouvoir créer d'action au secondaire.

Il sera nécessaire de parfaitement mettre en regard les "E" et "I" pour que la distance soit toujours minimale et que les entrefers soient réduits au strict minimum. (Voir photo ci-contre avec quelques  entrefers mal ajustés)

3 Réalisation

3.1 Choix des tôles et des formes

Tous les abaques sont basés sur une induction moyenne de 10 000 GAUSS soit 1 TESLA.
Si vous deviez utiliser d'autres valeurs, alors il faudra reprendre la formule de BOUCHEROT:
N=V*E8/4.44*F*B*S
Avec pour N le nombre de spires. (Si V=1 volt, ce sera le nombre de spires par volt)
V la tension en Volts
F la fréquence en Hertz
B l'induction en Gauss
S la section en centimètres carrés

Le système d'unités n'est pas MKSA, mais il est "d'époque"…

Suivant la qualité des tôles on pourra admettre des inductions plus ou moins élevées, mais dans cet article tout sera basé sur une induction moyenne de 10 000 Gauss soit 1 Tesla.
A remarquer que le choix d'une forte induction entraînera de fait un courant magnétisant plus important et donc un courant à vide plus élevé.

3.1.1 le "E" et le "I"transfo20

On l'a vu, c'est les tôles les plus utilisées et les plus faciles à mettre en œuvre.
Ces tôles sont également importantes par la place laissée aux bobinages. Il n'est pas exclu de se trouver devant des impossibilités d'assurer tous les bobinages dans l'espace prévu entre les différentes sections magnétiques.
Plus le circuit magnétique est "concentré", moins il y aura de pertes de flux. Ceci explique que les fenêtres réservées aux bobinages sont toujours très "justes". Ceci explique aussi que le bobinage est toujours placé au centre pour que les flux parasites puissent se reboucler dans le fer.

Les tôles seront empilées une fois les bobinages réalisés. Habituellement, il y a des trous prévus pour le passage des tiges filetées de serrage des tôles. Ce serrage est important car dans le cas contraire, il génère des vibrations des tôles à 50 Hz ou à 100 Hz ?

Ainsi que déjà dit à propos des fuites, les tôles seront croisées et les dernières à rentrer seront insérées au milieu de l'empilement, car on aura pris soin de ne pas croiser deux ou 3 "E" et "I" au centre de l'empilage des tôles.

3.1.2 Le "C" ou double "C"

Ce sont des structures de très bonne qualité et le plus souvent à grains orientés qui autorisent de faibles pertes "Fer" (~2W/kg).

Les tôles sont isolées, empilées et collées suivant un rayon croissant, qui évite les "pointes" magnétiques toujours sujettes à pertes de flux. Il faut imaginer le flux magnétique comme un fluide quelconque, et en ce sens les accidents brusques de trajet sont toujours gênants (équivalents à des pertes de charge complémentaires)

Pour améliorer le passage du flux magnétique entre les différents éléments, les surfaces (sections) en regard sont usinées (rectifiées) et repérées le plus souvent pour être mises en regard l'une l'autre. Ainsi il y a toujours un entrefer très faible et un flux maximum passant d'une extrémité à une autre (pertes magnétiques réduites) Voir photo de tête d'article où les côtés à assembler sont parfois marqués d'un point rouge par le fabricant.

3.1.3 Puissance

On n'a pas abordé la notion de rendement, mais on l'a effleuré avec les pertes "Fer" et "Joule". Le véritable calcul d'un transformateur est une opération complexe qui ne peut être obtenue que par approches successives, aussi je ne le traiterai pas ici, car ce n'est pas l'objet.

Les rendements des petits transformateurs vont de 85% à 90% environ. Celui des grands transformateurs atteint 98% ! 

J'avais réalisé il y a fort longtemps un calcul itératif sur "Multiplan", qui donnait une convergence, mais les dispersions de tous ordres sont telles que pour des petits transfos, c'est totalement inutile. Les performances sont toujours approchées au mieux (même pour les transformateurs intransfo21dustriels).

3.2  Le bobinage

Cette partie est réellement le cœur de cet article, car la réalisation de ces bobinages représente 98% du travail effectif.
Le bobinage sera réalisé avec des fils de cuivre émaillé, et les anciens fils guipés coton ne sont plus utilisés car trop sujets à l'humidité et ils se "détricotent" trop facilement.
(Voir photo de différents fils § suivant 3.2.2)

3.2.1 Le Primaire et le(s) secondaire(s)

On distingue par un nom générique le bobinage PRIMAIRE, comme étant celui qui est raccordé au secteur, ou plus particulièrement le bobinage qui reçoit la source la puissance à communiquer à l'utilisation qui prend le nom de bobinage SECONDAIRE.
Plusieurs bobinages secondaires sont parfois nécessaires. (Par le passé, il y avait avec les tubes électroniques (lampes) les tensions de chauffage de 6.3 volts pour les filaments et les tensions d'anodes. (250 à 450 volts, une fois redressé)

Ne pas oublier les relations U1/n1=U2/n2…avec pour "n" le nombre de spires.
Dit autrement, on peut aussi dire U1/U2=n1/n2.
Cela définit également le rapport de transformation. Ce rapport peut être >1, dans ce cas on parlera d'un transformateur abaisseur de tension et

Dans toute la mesure du possible on s'évitera la difficulté de rebobiner le primaire, (si c'est possible). Mais dans ce cas comment faire pour connaître le nombre de spires par Volt ?
L'affaire est très simple puisqu'il suffit soit de compter quelques pires enlevées au secondaire et de mesurer l'écart de tension obtenu (méthode soustractive=précision moindre).
Il est également possible de mesurer la tension puis de démonter tout le secondaire en comptant les spires. Il est aussi possible de bobiner (n'importe quel diamètre de fil) un petit enroulement qui nous donnera le nombre de spires par volt (Compter alors ce nombre comme étant celui du primaire).

3.2.2 Les spires (tours) et les ftransfo14ils

Il faut maintenant procéder à la définition des nombres de spires et des sections de fils à employer, sachant que dans le cas de plusieurs secondaires, c'est la somme totale des puissances secondaires qui ne peut jamais dépasser la puissance au primaire.
(Je déconseille pour l'enroulement primaire, d'utiliser une section de fil  qui ne corresponde qu'à la puissance nécessaire, parce qu'un jour le transfo sera utilisé pour autre chose et que l'on ne se souviendra plus que la section de fer et le courant primaire ne sont pas en accord)

Chaque enroulement va donc être déterminé en termes de section de fil et de nombre de spires.
Le nombre de spires est obtenu en multipliant le nombre de spires par Volt par la tension. Ceci est fait suivant l'abaque "Tours par Volt" en respectant primaire et secondaire(s).

Les sections seront obtenues par l'abaque "Diamètre des fils" déjà cité.

Concernant les sections de fils, vous avez plusieurs possibilités qui varient en fonction du service de ce transfo.
Par service il faut comprendre la manière dont il sera utilisé :
Soit en service continu, il délivrera sa puissance prévue en permanence, soit en service intermittent, c'est-à-dire qu'il y aura des temps suffisamment longs pour permettre le refroidissement.
Je n'ai pas encore dit que les fils pour les transformateurs sont pratiquement tous émaillés. L'émaillage est réalisé en de multiples couches, ce qui tend à augmenter non seulement l'épaisseur et donc la rigidité diélectrique, mais aussi la solidité mécanique relativement aux incontournables rayons de courbures imposés par le bobinage.
Ceci limitera donc les cassures de l'émail, et l'amorçage entre spires. Dans les cas les plus habituels, la rigidité diélectrique d'un fil de cuivre émaillé standard est donnée pour une centaine de volts par µ d'épaisseur de vernis d'émaillage. On peut supposer que certains fils émaillés ont des couches multiples et qu'en conséquence la tension secteur totale si elle était présente entre deux spires (par accident de bobinage) serait acceptée et acceptable. (Ceci permettrait théoriquement de bobiner en vrac le primaire…)
Personnellement, je pense qu'un véritable bobinage, au moins côté secteur, doit être réalisé en COUCHES et non en vrac pour éviter une centaine de volts entre spires si il n'y a qu'une seule couche d'émail. (Voir photo du vrac sur la photo des mandrins Prespahn)

En ce qui concerne l'émail, ne réutilisez pas les vieux fils émaillés de couleur brun foncé, car ils sont trop anciens et le vernis en est devenu cassant. (Voir photo de début de paragraphe)

Il existe aussi encore dans les fils isolés, le fil guipé coton très résistant à la température, mais qui n'est utilisé que dans des cas très particuliers.
Enfin pour clore le paragraphe de densités de courant, on peut deviser sur les densités données relativement aux densités utilisées en habitat avec comme limite 10 A pour 1.5² et 16 A pour 2.5².(NFC 15-100)
Cela s'explique par les bien meilleures possibilités de refroidissement dans les gaines qu'au cœur de la masse métallique d'un transformateur (fer+cuivre).
On remarquera que la densité de courant agit directement sur le diamètre des fils, mais aussi sur les pertes Joules et que les courbes des abaques en tiennent compte.
Le paramètre qui joue aussi sur les densités de courant admissible est la puissance du transformateur, ce qui est normal, car plus le transfo est petit, moins il a de surface d'échange thermique…Non C'est l'inverse !

Désolé, je ne sais pas interpréter pourquoi les plus petites puissances acceptent des densités de courant plus élevées. Ce qui est sûr à priori, c'est que c'est l'effet Joule qui est en cause.
Pourquoi une densité de courant plus élevée (donc un échauffement plus important est accepté sur les plus petits transfos ? Je ne peux donner d'explication fiable sur cette aberration, car je dirais plutôt l'inverse…Mais mes anciens cours disent cela ! J'aurais dû poser la question …Peut-être une question d'inertie thermique cette fois, à cause des masses métalliques accumulatrices en cause ???)

Pour des bobinages en gros fil, ceux-ci du fait de leur section cylindrique font perdre beaucoup de place dans la fenêtre, aussi dans certains cas de fil de section supérieure à 1 mm, il arrive que l'on bobine plusieurs fils à la fois, de section moindre, pour obtenir la bonne section en perdant ainsi mtransfo26oins de place. (Jusqu'à quelques dizaines d'Ampères)

Je vais proposer dans cet exemple, le transformateur nécessaire à un futur pluviomètre2 qui devrait actionner un petit moteur de 1.5 Volt uniquement une fois toutes par semaine pour 2 fois 10 secondes. Dans ce cas, un service intermittent s'impose sans autre considération. Cela permet d'utiliser du fil plus fin, et donc de gagner aussi un peu de place dans la fenêtre de bobinage.

Ne manquez jamais de faire un petit schéma en y portant tension, nombre de spires et éventuellement la couleurs des fils de sortie, ainsi que la densité de courant utilisée.
Portez également sur ce petit plan, le nombre de spires par volt au primaire et au secondaire. Vous porterez dans le dossier l'induction ayant servi aux calculs (en principe 10 000 Gauss ou 1 Tesla)

(Dans le scan d'un vieux brouillon datant de 1970, voici quelques éléments concernant un transfo pour oscilloscope (avec THT !) réalisé à l'époque et démonté depuis pour une autre utilisation...).

3.2.3 Comment bobiner physiquement

Avant de bobiner, il faut commencer par réaliser tous les CALCULS DE PLACE occupée par les différents bobinages, tels que vous avez fait vos calculs de tensions et courants. En fonction du diamètre du fil, du foisonnement lors du bobinage, de l'épaisseur des feuilles d'isolant, des retraits aux extrémités proches des tôles…etc.
Vous devrez majorer de 10 à 15% car il y a beaucoup de foisonnement entre le calcul et la pratique.
Suite à ce calcul de remplissage, vous savez si vous avez une chance de pouvoir tout loger dans la fenêtre. Si vous tombez en égalité, c'est inutile de commencer, car les imprévus et la dispersion sont tels que vous dépasserez très certainement.
Il y a lieu de toujours prendre en compte des marges de sécurité très importantes, y compris sur les cotes précises de la bobine d'enroulement. Ne pas oublier non plus les surépaisseurs dues à la forme arrondie globale de l'ensemble des enroulements.
Enfin pour terminer sur les dispersions, il y a lieu de penser à ne PAS utiliser toute la largeur du noyau s'il n'y a pas de flasques, car immanquablement les spires vont se coucher sur le côté et aller toucher le bord métallique des tôles…Avec tous les problèmes associés, d'introduction des tôles souvent impossible et d'amorçages à la masse.

Ainsi, si une fois réalisé, le bobinage passe bien sauf au milieu où il bute contre les tôles, il ne faut surtout pas serrer le milieu de la bobine, car cela écraserait les fils et serait voué à des problèmes de courts-circuits entre spires.

On dit toujours que les flasques ne sont pas faits pour éviter que les spires d'extrémité "se sauvent", mais seulement pour garantir qu'il n'y aura jamais de contact accidentel avec les tôles. Les flasques n'ont pas de rôle de tenue mécanique des spires d'extrémités…(c'est très beau à dire mais très difficile à réaliser car il faut des "doigts de sage-femme"…!)
Dans ce contexte je n'ai pas de règles précises, sur le retrait à respecter vers les bords. Seul le bon sens, mais cependant fonction du diamètre du fil peut vous guider. Il faut seulement évaluer la stabilité mécanique des spires.
Bien que sur les petites puissances les forces restent faibles, il y a naissance de forces sur chacune des spires (règle des trois doigts de la main droite)
On verra qu'il y a tout de même des techniques pour éviter aux spires d'extrémités de se "promener" contre les tôles.

Le bobinage est certainement l'opération qui réclame le plus d'attention, car les "tours de mains" sont nombreux et vont qualifier le savoir faire d'un professionnel et la longévité de ce transfo, mais aussi celle du montage alimenté.
On bobine sur une bobineuse, mais comme on n'en a pas, alors on se débrouille à la main à la chignole. Il faudra réaliser un moyeu en bois qui sera calibré sur le mandrin en carton. En bout du moyeu bois on insèrera une vieille queue de forêt qui sera introduite dans le mandrin de la chignole ou de la perçeuse. Du côté opposé un très petit trou de 1 à 1.5 mm sera percé dans le prolongement de l'axe du forêt et on y introduira (après remise à zéro) un vieux totalisateur de compteur d'eau !

On veillera SCRUPULEUSEMENT à traiter les autocollants divers de fixation sur les faces extérieures du bobinage (celles qui ne sont pas dans la fenêtre). Cela permet de garder au maximum l'espace dans les fenêtres et donc de garantir le passage des tôles en toute sécurité tant mécaniquement qu'électriquement.

Habituellement on commence toujours par bobiner le primaire qui est le plus long à réaliser dans 95% des cas de ce jour. (Ça n'a pas toujours été le cas notamment avec les tubes électroniques) Je recommande cet ordre et de finir avec les plus gros fils.
En effet en cas de trop grandes dispersions des valeurs nominales (en charge), il sera toujours possible de retirer ou d'ajouter des spires au(x) secondaire(s). Ceci est toujours plus simple.

Il arrive parfois de récupérer un noyau central séparé en deux parties longitudinalement. Une partie est réservée au primaire et l'autre au(x) secondaire(s). transfo16Ce type diminue l'effet capacitif entre les enroulements et peut augmenter l'isolation entre les deux enroulements. Seul inconvénient, le flux traversant le secondaire, du fait de son "éloignement" est à peine plus faible.

Le bobinage peut aussi nécessiter un écran entre primaire et secondaire (feuillard de cuivre ou aluminium). Il faudra veiller à ce que les extrémités soient parfaitement isolées (court-circuit de cette spire !) Une sortie par fil en milieu de spire permettra une mise à la terre et fera office de blindage électrostatique (capacitif).

Le primaire peut parfois être constitué de 2 enroulements 110 V à placer soit en // soit en série. Ainsi dans un cas comme dans l'autre les densités de courants sont en accord avec les courants effectifs suivant la tension d'alimentation.

3.2.4 Les isolants platstransfo18

Ils sont nombreux, mais peu, peuvent avoir les caractéristiques pour une longue utilisation. La photo de quelques un n'est pas une Pub mais est seulement destinée à indiquer qu'il y a des matériaux spécifiques tels que des autocollants en PTFE (Téflon), le Kapton et divers produits de très faible épaisseur. 
Le PRESPAHN est un carton isolant qui sert principalement à la confection du mandrin isolant, destiné à entourer le noyau magnétique, (ainsi que pour les flasques). De moins en moins utilisé, il est remplacé par du plastique surmoulé, beaucoup plus facile à réaliser, insensible à l'humidité, mais n'ayant pas obligatoirement la même rigidité thermique.

Les isolants vont donc servir à l'isolation entre les différentes couches de fils. En effet le bobinage devra se réaliser spire par spire et couche par couche, "dans l'ordre et la discipline" !
Pour cette isolation inter-couche, du papier isolant imprégné ou non peut être utilisé, mais de plus en plus les films plastiques sont essentiellement utilisés, tels que le Kapton dont la rigidité diélectrique est de l'ordre de 200 Volts/µm. Ce produit résiste également à l'échauffement (environ 200°C, sans réduire ses performances isolantes.

Les autocollants sont également très utilisés pour assurer l'isolation d'un certain nombre de sorties de prises ou d'épissures. La tenue mécanique définitive est normalement assurée par le serrage de la couche suivante.

Dans l'utilisation des isolants plats en bande (ou feuille), il peut parfois être nécessaire d'isoler le côté noyau métallique en l'absence de flasques.

A la fin du bobinage on recouvrira l'ensemble d'un Prespahn "léger" destiné à protéger la dernière couche du bobinage, des accidents mécaniques qui pourraient l'endommager, des contacts accidentels sur du vernis écaillé, mais aussi à éviter tout amorçage avec les tôles pour les faces internes situées dans le noyau. Cette épaisseur est à compter dans l'empilage des cotes.
On notera que dans certains cas, les enroulements peuvent être portés à des tensions très élevées les uns des autres et qu'il y a lieu d'y veiller également en plaçant les bonnes épaisseurs d'isolants et en prévoyant le chemin le plus long pour éviter la formation d'arcs.

Naturellement tout tableur est l'outil idéal pour assurer tous ces calculs de place disponible, toujours fastidieux.

3.2.5 Comment sortir les filtransfo21s

Les fils émaillés seront sortis sur les seules deux faces par côté échappant à la masse de fer.
En réalité on sortira les fils soit du côté fixation soit du côté opposé. Ceci limite donc la sortie des fils sur seulement 2 côtés. (Voir petit schéma rappelé ici)

Les fils suivant le diamètre seront sortis directement si ils ont un diamètre d'au moins 35/100. Un "Souplisso" sera enfilé pour éviter toute atteinte mécanique de l'émail et donc tout amorçage avec d'autres fils, voire la carcasse des tôles.

Pour les petits fils, ceux-ci ne seront JAMAIS directement sortis, mais raccordés intérieurement au bobinage du côté faces extérieures aux tôles avec des fils de câblage traditionnels (soudure à l'étain et l'ensemble recouvert de ruban adhésif). Le fil de câblage sera préalablement immobilisé par serrage sous la couche précédente.

Tous les fils des sorties seront situés sous une couche de manière à assurer la solidité mécanique de la prise et d'éviter tout arrachage de fil fin.
Ceci ne sera plus vrai pour la dernière sortie qui sera normalement tenue par une tresse bloquée par quelques dizaines de spires.

3.2.6 L'immobilisation des spires

Celle-ci se réalise par des tresses en coton ou suivant les cas par du ruban adhésif, voire du Kapton replié et serré par les spires de la couche suivante. Ces immobilisations sont à réaliser sur les mêmes faces que les sorties de fils, (faces extérieures du bobinage, celles qui ne sont pas dans la fenêtre) car ces artifices créent des surépaisseurs qui pourraient empêcher de placer les tôles à la fin du bobinage.

La première règle qui doit diriger le bobinage est la stabilité mécanique des spires et des couches, (ces dernières ne doivent pas pouvoir glisser les unes sur les autres, ce qui peut arriver parfois). La deuxième règle est de limiter le plus possible les surépaisseurs et irrégularités qui peuvent déstabiliser le bon enroulement des spires de la couche qui suit.
Le ruban adhésif de bureau est acceptable, mais un produit adapté est tout de même mieux.
L'immobilisation des fils très fins peut être réalisée avec un ruban adhésif pris au moins sur une dizaine de spires et replié sur la couche terminée (ou débutée) juste avant de mettre en place l'isolant inter-couches.

(Tous les fils fins seront soudés à l'étain sur un fil de câblage multibrins, en prenant soin de faire une soudure sans pointes agressives, mais au contraire assez plate avec peu de soudure pour une question de surépaisseur).

3.2.7 Attention aux erreurs

Les erreurs fatales sont les sorties des fils sur les faces internes des fenêtres ainsi que les immobilisations de spires qui provoquent des surépaisseurs.
La première erreur est difficilement rectifiable et en tous cas sujette à problèmes d'isolation à la masse…
La deuxième erreur ne permet pas de terminer le nombre de spires voulu pour le dernier enroulement, et donc la tension calculée ne pourra être atteinte.
Un troisième erreur est la non maîtrise des épaisseurs et d'un serrage trop lâche qui empêcherait le montage des tôles.
Dans les autres erreurs, il y a aussi l'impossibilité de pouvoir enfiler toutes les tôles, car une pression exagérée des couches a serré le moyeu Prespahn.
Pour quelques tôles restantes, ce n'est pas trop grave, car ainsi que déjà dit, on a dû pendre quelque sécurité...Normalement il est préférable de ne pas forcer outre mesure. On insèrera les dernières tôles au milieu de l'empilage en exerçant une force bien rectiligne pour ne pas planter une tôle en biais dans le bobinage.

3.2.8 La chaleur

Les densités de courant sont à respecter sous peine d'échauffement excessif. La chaleur développée au cœur du bobinage a du mal de s'évacuer et c'est à cause de cela, que quelques modèles de mauvaise qualité arrivent à "griller". Les isolants plastiques s'ils sont excellents d'un point de vue diélectrique, deviennent nettement moins bons à la chaleur, car ils se dilatent et leur épaisseur peut diminuer avec la pression des couches supérieures. Il y a donc lieu pour cette même raison de respecter les densités de courant.

Je voudrais faire le parallèle avec les télérupteurs de cages d'escalier... Leur usage est absolument INTERMITTENT. "Ceux" qui les bloquent artificiellement provoquent la destruction par échauffement d'un dispositif non prévu pour cet usage.
De nombreuses entreprises d'électricité qui font des automatismes, oublient régulièrement cet aspect et installent des "bascules" qui sont commandées en permanence...Résultat ça grille !

3.2.9 Les tensions et courants

Les méthodes de bobinage décrites conviennent jusqu'à des tensions dtransfo25e l'ordre de 300 Veff. Au-delà de ces valeurs, les problèmes de tensions de claquage interviennent avec acuité et nécessitent des bobinages étagés, voire séparés totalement (THT de télé par exemple ou bobines d'allumage de moteurs).
Le bobinage concernant les très hautes tensions est très particulier et je ne peux que déconseiller de l'entreprendre, car il est voué à l'échec. Il nécessite des produits parfaitement adaptés et non plus de la récupération.

En ce qui concerne cette fois les courants très élevés (à partir de 40/50 Ampères environ, les sorties sont réalisées en direct et cette fois ce sont des cuivres plats émaillés qui seront utilisés. Le plat pour une même section permet un meilleur échange thermique, et permet aussi d'éviter de laisser de la place perdue. (C'est comme les bouteilles d'eau minérale pseudo carrées, on en loge d'avantage que des bouteilles rondes dans un même volume de transport).

Les cuivres plats peuvent souvent être raccordés avec vis et boulons pour assurer les intensités nécessaires.

3.2.10 Les abaques

Pour donner le maximum de précision aux abaques, j'ai été obligé de réaliser les échelles logarithmiques sur TurboCad car les tableurs ne permettent pas ces facilités. Le tableur m'a seulement permis de réaliser tous les calculs pour TurboCad.
Il y a donc 2 formats disponibles à télécharger qui sont le type image *.JPG et le format compatible Autocad *.DWG. (Clickez sur celui qui vous intéresse)

transfo1.JPG            transfo1.DWG             Section du fer fonction puissance
transfo2.JPG            transfo2.DWG             Tours par Volt
transfo3.JPG            transfo3.DWG             Diamètre des fils et densité

Nota : Ces fichiers ont été contrôlés par Norton  Antivirus 2008 régulièrement mis à jour jusqu'à la date du 5/04/2009

3.2.11 Montage des tôles

Une fois la couche finale isolante assez rigide placée, vous allez pouvoir mettre les tôles en place. Cela ne va pas être tout les "E" d'un côté, et les "I" de l'autre !

Il va falloir INTERCLASSER une par une les tôles en plaçant d'un côté un "E" puis de l'autre un "E" et ainsi de suite. Les "I" qui sont beaucoup plus mobiles peuvent parfois glisser. Les "I" seront donc placés une fois que tous les "E" auront été mis.
Au milieu de l'empilage des tôles du noyau, on placera deux ou 3 tôles "E" du même côté. Ainsi à la fin, l'espace se rétrécissant, il semble que l'on ne peut plus ajouter de tôles…Il faut surtout arrêter avant qu'il n'y ait des durs, car on peut à ce moment attaquer le mandrin en Prespahn. A ce moment, on va simplement insérer les dernières tôles au milieu du bobinage entre les deux ou trois "E" que l'on avait mis ainsi en prévision.
Une fois les "E" placés, il ne reste plus qu'à mettre les "I" et cela ne pose aucun problème particulier, hormis qu'il faut les taper avec un maillet en bois ou caoutchouc pour "fermer" au plus près l'entrefer et qu'il n'y ait pas de fuites magnétiques. (Il ne faut pas faire de marques qui empêcheraient d'aller jusqu'au fond de l'entrefer). Il ne faut pas non plus aller trop loin car on pourrait insérer entre d'autres tôles et attaquer quelques spires d'extrémités s'il n'y a pas de flasques.

Une fois toutes les tôles placées, mettre les deux derniers "I" extérieurs immédiatement suivis des renforts qui peuvent être de simples plats en fer ou des équerres de fixation voire des capots complets.
Boulonner alors l'ensemble et c'est terminé.

4 Essais

4.1 Sécurité

Je ne saurais trop vous inviter à la prudence, car le 220 V du primaire peut tuer, car il y a de la puissance en réserve, et veillez à faire les essais avec un disjoncteur différentiel 30mA.
Raccordez la terre à la carcasse métallique et branchez.
Ne laissez pas les enfants s'approcher et soyez extrêmement vigilants car ces tensions peuvent être mortelles.
Ne laissez pas de fils en l'air car ils pourraient se toucher et faire des "flashs", prenez des dominos. Bref je devais vous le rappeler, car ces opérations sont toujours dangereuses.

4.2 Mesures des valeurs nominales

A vide, vous trouverez normalement des valeurs de tensions secondaires plus élevées puisqu'elles ont été majorées de 3 à 15% pour compenser les pertes de charge. A vide, les rapports de spires donnent (presque) rigoureusement les rapports des tensions.

Mesurez le courant à vide qui représente le courant magnétisant qui est en retard sur la tension. Montez un énergimètre sur l'alimentation, vous pourrez vérifier les puissances actives réelles (>10W)

Commencez les mesures en charge et vérifiez que la température ne monte pas trop haut (temps de 1 à 2 heures de pleine charge). Je crois me souvenir de 60°C/70°C comme base correcte de fonctionnement (à vérifier)

4.3 Imprégnation

Si votre premier bobinage est un succès, vous pouvez alors imprégner l'ensemble, fer+bobinage avec un vernis isolant et non propagateur de la flamme. L'imprégnation permet en général un meilleur échange thermique, car l'air emprisonné près des spires est aussi dans ce cas un excellent isolant ! Et l'on souhaiterait bien évidemment l'inverse dans cette application.

L'imprégnation va également pérenniser les caractéristiques mécaniques de stabilité des spires et donc éviter des déplacements "aventureux" de spires vers les tôles…
L'imprégnation va permettre enfin d'éviter à l'humidité de s'infiltrer dans les isolants et éviter aussi toute vibration de tôles.

On notera qu'un transformateur non imprégné peut tout de même assurer de très longues heures de service sans problème.
Personnellement j'ai souvent utilisé du vernis "bois" que j'ai laissé couler entre les différentes couches, sans pour autant chercher à assurer un remplissage parfait. Cela m'assurait seulement de la bonne stabilité des spires sur les bords. Le vernis est un bon isolant électrique, mais quand à la non propagation de la flamme …Rien n'est moins certain !

Pour être professionnel, une imprégnation se réalise dans une enceinte sous vide et avec un produit parfaitement adapté ! Je suis certain que comme moi, vous avez tout cela ….!

4.3.1 Le bruit

Cela peut arriver si des tôles sont un peu décalées, autorisant ainsi une lame à vibrer au rythme du réseau. Il faut alors desserrer les boulons de serrage et vérifier les alignements des tranches, retaper les tôles décalées et tout resserrer. Tout rentre normalement dans l'ordre.
Vous noterez également que l'imprégnation est un auxiliaire précieux, car après une imprégnation, il ne devrait plus y avoir aucun bruit !

J'ai encore omis une particularité...certains transformateurs ont gardé les "E" et les "I" du même côté. Pour limiter les pertes de flux et les vibrations, un cordon de soudure est réalisé. Il est évident que les tôles ne peuvent plus vibrer, mais ne sont pas non plus démontables ! Quelques pertes fer sont aussi ajoutées par ce procédé...

4.3.2 Transformateurs pour autres fréquences

Pour l'exemple du 60 Hz qui est la fréquence de référence chez nos voisins d'outre Atlantique, vous pouvez sans aucun problème utiliser un transformateur 50 Hz sur du 60 Hz.
Par contre la réciproque n'est pas vraie. En effet un transformateur conçu pour 60 Hz ne peut pas fonctionner correctement en 50 Hz.
Vous devrez pour une même puissance avoir une masse plus importante pour passer de 60 vers 50 Hz. La magnétisation avec le nombre de spires par volts restera quasiment identique, mais il manquera légèrement du flux magnétique pour la puissance nominale

Pour la section du noyau celle-ci sera multipliée par 50/F (Hz). A 60 Hz le noyau aura une surface moindre d'un rapport 0.83, ce qui n'est pas négligeable.

Pour les fréquences soniques et ultrasoniques, c'est un transfo24autre sujet, car les propriétés sont totalement différentes, car même les tôles de haute qualité, ne conviennent plus du tout tant les pertes sont élevées. Il est nécessaire de faire appel à des poudres spéciales comprimées à haute température (ferrites) et ayant des propriétés adaptées à ces fréquences.
Si dans le principe c'est la même chose, dans la pratique c'est totalement différent, d'autant que l'on recherche à ces fréquences très souvent des mises en oscillation des circuits avec condensateur d'accord.
En guise d'illustration (et pour imager le rapport 50/F), en supposant que l'on puisse atteindre les mêmes inductions, si un transformateur de 100 VA à 50 Hz pèse 2 kg, quel serait le poids d'un transformateur fonctionnant à 5 KHz ---> 20 Grammes.
La réalité est tout de même un peu moins mathématique mais les écarts restent tout de même très importants.
(Voir photo ci-contre d'un transformateur de ce type, et équipé de cuivre plat de forte section)

Les transformateurs fonctionnent tous sur le principe d'un di/dt, c'est à dire d'une variation du courant qui produit une variation de flux. Il est parfois intéressant de créer des di/dt totalement abruptes (temps très court). Ce principe est celui des "bobines" d'allumage de voitures qui restent des transformateurs. Le di/dt très raide est obtenu par ...les vis platinées ! L'ensemble continue alors des oscillations amorties grâce au condensateur en // sur les vis platinées.
Les transformateurs secteur traditionnels fonctionnent avec un di/dt "très doux", correspondant au courant secteur, c'est à dire sinusoïdal.

5. Exemple Réel de réalisation

5.1 Détermination et choix carcasse


Ce transfo en exemple est bien réel, mais il servira à transf30quoi ? C'est le futur transfo du pluviomètre N°2 (dont l'article sera publié prochainement peut-être durant les longues soirées d'hiver 2009/2010).
Vous verrez sur les photos d'accompagnement les différentes étapes.

Quels sont les besoins en énergie pour ce futur appareil ?

12 Volts= avec courant maxi 100 mA pour l'électronique CMOS
10 Volts= 1 mA isolé galvaniquement du reste pour afficheur LCD
1.8 Volt= 700 mA non régulé pour moteur 1.5V
soit une puissance totale de 1.2W+0.01W+1.26W~2.5W ou arrondi à 3 VA

(3 tensions différentes pour un "malheureux pluviomètre" ? Oui : c'est le prix pour un moteur de 1.5V à prix abordable, 12 V pour la logique CMOS, et 8 à 12 volts isolés du reste pour l'afficheur. Voilà les raisons qui conduisent à un transfo spécial ! Vu l'emploi qui en sera fait, vous pourrez cependant l'alimenter sur 3 piles sans aucun problème et pour de nombreuses années, mais c'était le thème pour cet article sur les transformateurs, et quand je peux me passer de piles je n'hésite pas !…)

Première opération trouver une carcasse. Ne pas prendre trop petit car le nombre de spires est trop élevé à réaliser, et le moindre écart en perte de place est sanctionné par l'impossibilité de terminer avec le nombre de couches et de spires prévus.
Je conseille donc de prendre toujours largement au dessus de la puissance nécessaire.

Mon choix s'est tourné vers une ancienne self de filtrage. Les tôles sont un peu épaisses (un peu plus de pertes) mais comme le fonctionnement ne sera que quelques secondes par semaines, ce n'est pas trop grave.

C'est donc cette self de section fer (apparente) 20 mm de large et 26 mm d'épaisseur d'empilage de tôles, qui au premier abord a largement de quoi remplir la tâche. En effet la section apparente est 5.2 Cm², ce qui autorise une puissance "apparente" d'environ 15 VA (même mot mais signification différente, pour les amis étrangers en traduction automatique)
Cette self, vu la section du fil existant (35/100) doit prtransf31ovenir d'un filtrage d'ancien appareil à lampes. Cela sera en plus confirmé par la présence d'un carton d'entrefer.
De mémoire, ces types de selfs sont toujours trop faibles en nombre de spires pour du 230 V. Mais on ne sait jamais, et vous pouvez avoir plus de chance que moi ! Que faire donc ? Vérifier !

5.2 Mesure du bobinage existant

Pour mesurer le bobinage existant, il faut donc commencer par retirer la ferraille et sortir le mandrin encore bobiné. Là c'était un peu embouti dans les trousTRANSF32 des vis de serrage aux angles inférieurs de l'étrier, mais il n'y a pas de  réel problème.
Nous allons donc comme précisé dans le texte initial, enrouler quelques spires de fil émaillé pour en déduire le nombre de spires existant (Il y a la place pour le faire !)
La section du fil n'a aucune importance (Il sera parcouru par le courant du voltmètre), et il faut simplement choisir du fil qui ne soit pas trop fragile, et que l'on puisse passer dans l'ouverture qui reste. J'ai donc mis un 25/100 ! Pour un compte rond, ni trop grand, ni trop faible, j'ai compté ET vérifié 20 SPIRES TRÈS EXACTEMENT.

Ensuite, il faut remonter toutes les tôles, mais pour l'essai, on peut se simplifier la vie en plaçant tous les "E" d'un seul côté et les"I" de même (comme c'était préalablement). Attention de ne PAS remettre le carton d'entrefer qui existait à l'origine (il ne sera plus utilisé, car il était seulement là pour éviter la saturation par le courant continu d'une self de filtrage).
Pour ne pas réveiller tout l'immeuble ou le quartier, un serre-jointTRANSF33 assurera un peu de silence à cause des vibrations.
Juste avant, il faudra évaluer si le nombre de spires existant est capable de supporter le 230 V. (Si ce n'était pas le cas, il faudrait alimenter avec une tension moindre, mais cela perdrait tout de même de l'intérêt de prime abord…)

Tout est donc bon maintenant. 230 VOLTS Feu ! (Il y a à priori assez de spires -au jugé- pour que le bobinage ne brûle pas immédiatement !)
On mesure RAPIDEMENT la tension aux bornes des 20 spires = 3.95V.
On mesure aussi le "230 V" qui fait exactement 229 V. On a donc tous les éléments pour connaître le nombre de spires actuel.
A ce stade vous devez immédiatement couper le 230 V au cas où le nombre de spires soit trop faible.

On a donc les relations de tensions et de spires primaires et secondaires :
Np/229v=20sp/3.95v d'où (il est normalement interdit de rappeler les unités, mais c'est pour la compréhension)

Np=1159 Spires pour le bobinage d'origine. C'est cette valeur qui sera comparée aux calculs

Cela est donc L'EXISTANT, mais ceci suffira-t-il pour le projet ?

5.3 Spécifications transfo à réaliser

A l'aide des abaques on recherche la section réelle du fer correspondant à 5.2 Cm², soit 4.68 Cm² (sur la ligne horizontale et ligne bleue). Cette valeur de section réelle va permettre d'obtenir les nombres de spires par volt tant au primaire qu'aux secondaires.

Ainsi il va falloir :
9.6 Spires/volt au primaire
11 Spires/volt aux secondaires.

On s'aperçoit qu'il faudrait pour 229 Volts (229*9.6=2198 spires) alors que nous n'en avons au réel que 1159 !!!
Regardons ensuite si le fil de 35/100 mesuré préalablement pourrait convenir…Prenons l'abaque des diamètres de fils en fonction des courants. Pour le courant primaire nous allons calculer pour la puissance totale sans tenir compte de ce qui sera réellement utile à notre application. soit Ip=15/229=65 mA.
Pour ce courant, cette puissance de transfo et un service intermittent, il faut compter une densité de courant de 4A/mm² soit un diamètre de fil d'environ 15/100.

Or 35/100 c'est mieux pour les pertes Joule ?! Alors que faire ? Il ne faut pas céder au chant des sirènes, car nous pourrions nous retrouver avec un manque de place pour bobiner le reste des enroulements…
La sagesse veut aussi que le bobinage primaire soit d'un seul tenant et homogène dans son diamètre de fil, et sa méthode de bobinage, alors je préconise de tout refaire ! pas de chance ! (ou de retrouver une autre carcasse !)

Passons donc maintenant aux calculs du transformateur. Un petit schéma est maintenant nécessaire pour ne pas faire de bêtises.
Les valeurs de spires par volt précédentes sont donc parfaitement correctes et seront utilisées ici soit 9.6 spires/volt primaire et 11 spires/volt secondaires.
Une dernière information importante est représentée par la largeur sur laquelle on va pouvoir bobiner celle-ci est ici de 27 mm (c'est l'écartement entre flasques) mais je recommande environ 1 mm de chaque côté en garde pour ne pas exercer de pression trop importante sur les flasques, et avoir une situation sans problèmes de place ultérieurement.

La largeur utile de bobinage est donc ramenée à 25 mm. (Cette valeur qui ne sera pas respectée dès le départ, servira seulement aux calculs de place, car au départ la largeur utile sera presque de 27 mm mais atteindra peut-être moins de 25 mm en fin de bobinage...)

5.3.1 Schéma de principetransfo2

Ainsi que dit dans la partie précédente, je vais réaliser un bobinage dans les règles d'isolation, c'est-à-dire par couches isolées les unes des autres. Cela est une garantie de bon fonctionnement et permet aussi une petite économie de place.

5.3.2 Calculs

Primaire
Courant 65 mA tension 230V (passons au standard 230 V au lieu de 229) P=15VA
Diamètre fil 14/100 soit 16/100 (je n'ai que cela)
Nombre de spires 2208
Nombre de spires par couche= 25mm/0.16=156 (arrondi inférieur)
Nombre de couches=2208/156=14.15 soit 15 couches (arrondi supérieur)
Épaisseur d'une couche =16/100+8/100 (isolant intercouche)=24/100 arrondi à 25/100
Épaisseur bobinage primaire=25/100*15 couches=3.75mm

(On peut déjà avoir une bonne idée du remplissage si on regarde la fenêtre disponible au bobinage qui fait 8 mm ! A priori comme ce bobinage est calculé pour la puissance totale du transfo, le total des autres enroulements devrait être plus faible, mais il pourra y avoir cependant des "accidents" de bobinage avec casse du fil (à éviter) ou des couches incomplètes qui vont déséquilibrer et faire perdre un peu de place, mais aussi des isolants complémentaires.
A priori ça devrait aller on va poursuivre. -Si vous deviez dépasser la moitié de l'épaisseur disponible et tirer tout la puissance de votre transfo, il faudrait faire très attention car il y aurait un risque de ne pas pouvoir finir les spires…-)

Secondaire 1
Courant 100mA tension 14 volt P=1.4VA
Diamètre fil théorique de l'abaque 18/100 (que je n'ai pas), donc ce sera du 25/100 !
Nombre de spires =11sp/v*14v=154 spires
Nombre de spires par couche=25mm/0.25=100
Nombre de couches=154/100=1.54 (arrondi supérieur = 2)
Épaisseur d'une couche =25/100+8/100(isolant)=0.3mm
Épaisseur bobinage secondaire 1 =0.3mm*2=0.6mm

Secondaire 2
Courant 1mA tension 10 volts P=0.01VA
Diamètre de fil théorique (très fin hors abaque) ici ce sera le fil le plus fin que je possède 6/100, mais comme cela n'est pas matériellement réalisable je mettrai du 25/100 !
Nombre de spires =11sp/v*10=110 spires
Nombre de spires par couche = 25mm/0.25=100
Nombre de couches =110sp/100sp=1.1 (arrondi supérieur = 2)
Épaisseur d'une couche = 25/100+8/100(isolant)=0.24mm
Épaisseur du bobinage secondaire 2= 0.3*1=0.6mm

Secondaire 3
Courant 700 mA tension 1.8 volt P=1.26VA
Diamètre de fil 0.48mm (arrondi à 0.65 -je n'ai que cela-)
Nombre de spires =11sp/v*1.8=19.8 sp (arrondi à 20sp)
Nombre de spires par couche =25mm/0.65=38
Nombre de couches =20sp/38=0.52 (arrondi supérieur=1)
Épaisseur d'une couche =0.65+8/100 (isolant)=0.73mm
Épaisseur du bobinage  secondaire 3= 0.73*1=0.73mm

Secondaire 4
Il sera envisagé sur la base d'un éventuel réglage du secondaire 3, et suivant la place disponible

Tous les calculs sont faits (ou presque) car il faut seulement empiler toutes les épaisseurs pour vérifier que tout rentre dans la fenêtre !
Reprenons dans l'ordre des calculs :
3.75mm+0.6mm+0.6mm+0.73mm= 5.68mm   Ouf ! Ça passera et il restera de la place puisqu'il restera 8-5.68=2.32 mm. (hauteur de fenêtre de 8 mm)

Cette place ne sera pas perdue pour autant, car on réalise toujours une isolation complémentaire entre le primaire et les secondaires, par un presspahn plus épais, ainsi qu'entre chaque secondaire. On aura donc la place pour le faire, et j'envisage également des prises de réglage sur la tension de 1.8 volt (secondaire 4). Ceci pour pouvoir régler la bonne vitesse du futur moteur. En réalité je déciderai à la dernière seconde en fonction de ce qui restera de place ou comment se terminera cette dernière couche.

Voici un cas pour lequel j'ai prévu un réglage et qui va s'avérer utile, simplement par le fait que le moteur est en courant continu de très faible tension 1.5 V et que dans les calculs on néglige toujours les chutes de tension dûes au redressement (pont de diode 2x0.7=1.4 V). Dans ce cas ce n'est plus négligeable car du même ordre de grandeur que la tension utile, donc cette précaution n'était pas superflue et devrait servir peut-être (à confirmer).

5.4 Réalisation pratique

5.4.1 Réalisation d'un moyeu en bois et axe

Ce moyeu servira à entraîner le mandrin sur la chignole. transf34Il devra être assez précis en dimensions mais surtout en alignement axial, de façon à ce que les spires soient réparties sans tourner "en patate" relativement aux flasques.
On percera bien au centre un trou bien dans l'axe à 5.5 ou 6.5 et on mettra un forêt de 6 ou 7 enchâssé à force. Cela suffira à entraîner sans glissement le mandrin à bobiner.

On vérifiera à cet instant que le compteur sera dans le bon sens du comptage, et on le positionnera manuellement à un "compte juste" pour éviter de faire des erreurs.

Vous pourrez bien entendu si vous êtes très adroit utiliser une perçeuse électrique, mais avec les moyens d'un amateur, il est difficile de s'en servir sans avoir un guide fil et un centreur de mandrin. Alors la vieille chignole à main reste très utile et je n'ai pas trouvé mieux à ce stade de "mon industrialisation".

5.4.2 Débobinage de l'existant et préparation

Il faut donc débobiner l'existant en préservant TRES "précieusement" le mandrin en plastique qui va bien évidemment resservir. Pour vérification, j'ai tout de même installé le compte tours sur le mandrin et débobiné en tirant sur le fil.
J'ai eu terminé à 1140 tours alors que la mesure indirect avec les 20 spires avait donné 1159 soit (1159-1140)/1140=1.6% d'erreur ce qui me semble tout à fait honorable.

Je vous invite à préparer dès maintenant les bandes d'isolants inter-couches. Pour la largeur, il faudra prendre 27 mm et non 25 mm, (car c'est seulement les fils qui seront arrêtés avant la fin). Il y aura au total 19 couches, mais il faut prévoir des "loupés" et je vous invite à en préparer une bonne vingtaine.
(Si vous n'avez pas d'isolant plus épais entre bobinages, vous pourrez également enrouler de préférence en continu, plusieurs épaisseurs, dont la longueur sera mesurée au réel avec un bout de fil).
(Vous pourrez préparer vos bandes isolantes au massicot à papier)
La longueur des bandes doit correspondre au périmètre maximum du mandrin soit 46+40+46+40=172 plus le recouvrement soit environ 190 mm. Il faudra suivant l'avancement des couches couper de façon que le recouvrement réel ne fasse que 2 à 5 mm environ, mais pas plus, à cause des surépaisseurs. Tous les raccordements et surépaisseurs seront IMPÉRATIVEMENT réalisés sur les faces "visibles " après empilage des tôles (là où il y a les cosses). Il n'y a donc que deux faces possibles.
On notera aussi que le presspahn existant sera préservé et réutilisé en isolant mécanique pour la dernière couche.

On préparera à cet instant des trous complémentaires pour les différents secondaires dans les flasques (trou avec un petit fil chauffé au rouge et arasé avec un cutter pour éliminer les surépaisseurs qui gêneraient lors du bobinage)

5.4.3 Considération sur le Bobintransf35age

Première opération de bobinage à laquelle il faudra donner toutes les attentions possibles, car le premier raccordement est situé tout en dessous de toutes les couches, et qu'un fil cassé à raz du mandrin serait la fin d'une longue opération de bobinage et une grande déception.

Bien qu'il n'y ait pas d'ordre dans le bobinage primaire/secondaires sur le principe même des transformateurs, j'ai pour habitude de bobiner toujours le primaire en premier, car en cas de mauvaise précision sur la tension secondaire, cela évite de tout refaire, transf36dans ce cas le primaire n'est plus à recommencer, ce qui est toujours pour l'amateur, un gain appréciable.

Il ne sera pas nécessaire de placer un isolant contre le mandrin, mais seulement la sortie sur fil multibrins isolé car un fil de 16/100 ne peut pas être sorti directement sous peine d'être cassé.  (liaison soudée à l'étain) C'est la première couche elle-même qui va assurer l'immobilisation de ce fil de câblage, par le serrage normal des spires.
Avant de démarrer, ayez soin de préparer quelques morceaux de ruban adhésif (appelé simplement "collant" par la suite) à portée de main pour arrêter sans détendre la tension du fil et perdre des spires bien alignées.
La traction modérée mais suffisante sur le fil assurera la bonne tenue mécanique des couches les unes sur les autres, et donc assurera un bobinage mécaniquement stable.

5.4.4 Bobinage réel

C'est parti pour la première couche à spires jointives….Débutez transf38la couche à environ 0.5mm du flasque du mandrin (au lieu de 1 mm prévu, car au fur et à mesure des couches cette distance va augmenter !)
Vérifiez que le compteur soit bien à zéro, sinon corrigez et faites la première couche. Avant 0.5 mm du flasque arrêtez et mettez un collant.

A ce stade il faut annoncer tous les soucis de cette première couche. Le moyeu en bois qui va entraîner le mandrin du transfo est petit et le percer exactement en son centre et dans le même axe relève du miracle. L'enroulement du fil est donc très délicat à réaliser en continu et à spires parfaitement jointives. Sur d'aussi petits moyeux, il transf37est toujours nécessaire de guider le fil à la main, d'autant qu'il est fin et que l'angle d'attaque assez vif entre chaque face au départ ne facilite pas un enroulement facile.
Il faut aussi souligner que ce guidage est aussi une manière de pousser les unes contre les autres les spires, (avec l'ongle seulement) pour avoir une surface bien homogène sans espaces entre spires.

Pourquoi c'est important ? Simplement parce que toute modification d'épaisseur se répercute sur la couche du dessus. Vous verrez que vous ne pourrez jatransf39mais mettre les spires escomptées sur chaque couche. Il faut absolument travailler avec le plus grand soin possible en évitant toutes les épaisseurs différentes ou les accidents de hauteurs sur une même couche.
Si toutes fois vous deviez avoir quelques soucis, pour rectifier au mieux, il est parfois nécessaire de placer un isolant de couche un peu plus épais, car ça aide à reprendre de meilleurs alignements des spires.
Les spires jointives sont théoriques, car vous ferez peut-être quelques chevauchements. Dans ces cas, qui peuvent arriver, et pour ne pas recommencer une couche, il faut "faire glisser" le chevauchement sur une face externe et non entre les tôltransf40es.
De même toute éventuelle casse de fil sera réparée par soudure et isolant sur une face externe.
Le "papier" isolant (Kapton) inter-couche ne doit être ni plus large ni trop étroit. Il doit être calibré au plus juste et je dirais au 1/10 de mm. Toute erreur se paye toujours sur les couches suivantes.

À la fin du primaire, sur la dernière couche, préparer en pincement SOUS quelques dizaines de spires un collant pour préparer la sortie de la deuxième extrémtransf41ité du primaire. Souder le fil de 16/100 sur un fil de câblage. Pour ma part, le départ du primaire a été réalisé sur un fil de câblage. La fin du primaire a été sortie directement…Faites comme je dis, ne faites pas comme je fais !!!

Non pas tout à fait, car dans ce cas précis, je n'ai pas pris le risque en début de bobinage, mais je le prends à la fin, uniquement parce que, je dispose de cosses fixées au mandrin, et que je vais souder IMMÉDIATEMENT le fil pour ne plus y toucher. (C'est une bonne raison)

Terminer l'isolation de la dernière couche par un Kapton, puis par un isolant carton épais pour éviter tout amorçage et réduire en même temps les capacités Primaire/Secondaires qui peuvent parfois perturber mais assurer aussi une stabilité mécanique plus élevée.

Bobiner ensuite les secondaires 1 et 2 suivant les mêmes règles. 25/100 représente la limite de diamètre pour la sortie directe des fils. On restera prudent tout de même car cette section est tout de même petite pour une sortietransf42.

Pour le secondaire 3, il n'y a pas de problème de fragilité de section pour sortir en direct, par contre le fil étant plus solide, est aussi plus difficile à placer à spires jointives et il est nécessaire de le tenir fermement à l'aide de ruban collant ou coton coincé sous des spires précédentes. (Il faut toujours anticiper les sorties et préparer ces rubans de maintien qui sont de simples collants si le fil est fin ou au contraire de véritables tresses en coton si le fil est de section importante.

Le secondaire 4 non prévu initialement a été mis en ajustement de tension et j'ai profité d'une couche incomplète pour la terminer à la même épaisseur, car rendre un bobinage "bancal" est très ennuyeux, car la difficulté de bobiner augmente. (Ce n'était pas le cas puisque c'est le dernier bobinage. Mais on remarquera que tout élément "bancal", a des conséquences aussi sur l'enroulement des isolants et crée ainsi des zones vides (creuses) qui n'ont aucune stabilité mécanique, puisque l'isolant ne touche plus alors la couche en dessous).
On terminera toujours par un Kapton et on replacera le carton d'origine en protection mécanique des derniers bobinages.

Les bobinages sont maintenant terminés, Vous aurez aussi remarqué la grande longueur des fils de sorties. Le mieux et de les garder ainsi car à ce stade l'électronique n'est pas encore conçue et il est possible que le petit transfo soit directement fixé sur le CI. Il faut donc pouvoir l'atteindre de préférence sans "raponce".
On aura également repéré les différentes sorties identiques (25/100) par une couleur de gaine, cela évitera de rechercher par la suite.

5.5 Le remontage des tôles

C'est maintenant l'heure de la vérité et on procèdtransf43e maintenant au montage des tôles.
Chaque tôle "E" sera croisée avec la précédente, et on ne place QUE les "E". Vers le milieu de l'épaisseur on placera 2 "E" du même côté pour pouvoir glisser éventuellement la (ou les) dernière(s) tôle(s) au cas ou cela force. Dans mon cas ça n'a pas été nécessaire car le mandrin en plastique maintient bien ses caractéristiques dimensionnelles, et tout est rentré juste sans jeu ni forçage excessif.

(On regardera la photo du § 5.1, pour comprendre que si ça a été facile, il y avait une petite cale en bois à l'origine...On a donc rien gagné mais au contraire perdu un peu de place !)

Placer ensuite les 'I' dans les emplacements laissés vacants. Ces tôles sont découpées le plus souvent par emboutissage, et il reste un côté lisse et un côté rugueux, essayer de les mettre toutes du même côté, car cela fait gagner un peu de place d'empilage.
(Vers le milieu vous aurez 2 "I" à placer en regard des 2 "E")
Prendre ensuite un marteau et un bout de bois pour taper délicatement toutes les tôles pour qu'elles soient bien alignées, mais surtout sans aucun entrefer entre les E et les I.

Pour le placement dans l'étrier, et suivant le nombre pair ou impair de tôles, réserver les "I" pour le côté "pincé" par l'étrier et non vers le bas. Cela évitera les vibrations et évitera aussi de perdre les "I". Taper toujours avec un bout de bois pour que toute rentre sans "matraquer" outre mesure. Resserrer les côtés latéraux à l'étau et pincer légèrement les bords inférieurs qui avaient été un peu "détendus" lors du démontage. (Vous pouvez également "tricher" en plaçant une tôle de plus au milieu pour avoir les 2 "I" côté étrier).

Si votre transfo a des pattes à l'équerre et des vis c'est encore plus facile, et dans tous les cas le bon sens fait toujours le reste des opérations…

5.6 Les mesures

Vous aurez constaté que même celui qui écrit l'article ne peut pas parfaitement gérer l'espace disponible et que les spires jointives sont toujours assez faciles à réaliser, mais que les bords le sont beaucoup moins…Au niveau de la place disponible, il m'en reste un peu, mais transf44pas excessivement. Il est vrai qu'à la fin, lorsque le primaire est réalisé, au moins 90% du travail est fait. Le reste est vraiment très facile d'autant que les fils sont plus gros et en nombre de spires, beaucoup plus faible.
J'ai même pu réalisé pour le moteur de 1.5V un petit bobinage complémentaire à mettre en série ou en opposition pour pouvoir régler finement la tension, car il est vrai que sur de telles valeurs assez faibles, les erreurs peuvent être de 10% facilement, car à 10 spires par volt, le réglage sera à plus ou moins une spire, donc à plus ou moins 0.1 volt ce qui  n'est pas négligeable relativement à cette faible tension de 1.5 volts. (Ne pas négliger non plus l'extrême petitesse de cette tension et les chutes de tension des diodes de redressement)

Ce bobinage étant le dernier, le transfo pourra éventuellement être re-démonté au besoin pour ajuster le nombre de spires. Un bobinage principal et un auxiliaire permet d'obtenir 4 tensions dont 3 sont utiles. Nominal, Nominal-Auxiliaire et Nominal+Auxiliaire (Auxiliaire sans intérêt ici)
Il ne faut pas oublier que tout a été calculé pour une puissance nominale et que l'on sera assez loin de celle-ci. Pour les tensions 10 et 12 volts, les régulateurs feront le travail nécessaire, il n'en sera pas de même pour la tension de 1.5 volts qui n'est pas trop facile régler par un régulateur et inutile d'ailleurs. (Au pire, une résistance série sera à prévoir pour ajustement fin)

Mesure des Tensions et courants

A vide
Up=228V             Ip=11.9 mA soit 2.7 VA en courant magnétisant et pertes
Us1=16.90V
Us2=11.35
Us3=2.06
Us4=0.5V

En charge
Up=228V      Ip=27.4 mA soit 6.24 VA
Us1=14.90 V sur 150 ohms   soit ~100 mA  ou 1.5 Watt
Us2=10.77 V sur 150 ohms   soit     71 mA   ou 0.76 Watt
Us3=1.86 V sur 2 Ohms        soit   930 mA  ou  1.72 Watt
Us4 non mesuré
                                 soit une puissance totale de 3.98 VA arrondi à  4 VA

Pas d'échauffement anormal, pas de vibrations.
Vous noterez que les puissances secondaires sont exprimées en Watts et non en VA, car les charges sont des résistances pures dans ce cas. (Cela serait la même chose en VA)
N'ayant pas de possibilités de mesurer le cosinus phi sur le primaire, il n'est donc pas possible d'en déduire un rendement.
On notera que les tensions secondaires à peine plus élevées ont aussi pour origine un fil primaire qui n'est pas parcouru par la totalité de la puissance du transfo, et qu'ainsi les pertes primaire sont plus faibles.

Pour ces petits transformateurs, le rendement n'est en général pas fameux ! Mais savoir faire un petit transformateur est quelque chose d'utile et une expérience que l'on oublie pas en général lorsque l'on a buté plusieurs fois sur la place disponible ou que la première fois on a voulu aller vite et sortir un fil de 6/100 qui a cassé à raz du mandrin (et au point du début de bobinage !)

Je conseille de garder en surveillance et en charge sous tension, une dizaine d'heures ce modèle. Évaluez la température et cela devrait aller avec sécurité pour l'électronique, mais il est préférable de faire cette opération avant de griller l'électronique!

5.7 Considérations complémentaires

Décapage du fil émaillé
Le décapage de l'émail des fils de petites sections est délicat. J'ai pris l'habitude de décaper au briquet, ce qui brûle le vernis. Il faut ensuite enlever les résidus avec un "tampon gratteur". le fil est alors parfaitement soudable .

Imprégnation
Une fois tout essayé au niveau de l'électronique, vous pourrez démonter de nouveau le transfo pour l'imprégner avec un vernis isolant. De préférence, prendre un vernis adapté ne propageant pas la flamme, ni ne dégageant de vapeurs toxiques.

Écran électrostatique
Juste après le primaire et après quelques enroulements de Kapton pour parfaire l'isolation, vous auriez pu placer un écran électrostatique. Ceci est représenté par une bande de feuille de cuivre enroulée comme un isolant mais surtout veiller à bien isoler les extrémités entre elles, (il doit y avoir un petit recouvrement ISOLÉ) car autrement ce serait équivalent à une spire en court-circuit !
Vous placerez par soudure de préférence vers le milieu de la spire de cuivre, un fil vert jaune qui sera réuni à la masse (et sorti d'un côté externe). (Cette spire unique est le siège d'une tension induite comme toutes les spires d'un transformateur...)
Je ne l'ai pas mis par paresse car ce n'est pas vraiment nécessaire pour un petit appareil de ce genre. Mais vous pouvez être puriste et aller jusqu'à la perfection….(Cela pourra vous aider dans la rigidité mécanique du bobinage).

5.8 Conclusions de la réalisation

J'espère que les nombreuses photos vous aideront à préciser l'article initial et mieux comprendre comment on réalise un petit transfo.
Je rappelle une nouvelle fois que le 230 VOLTS est très DANGEREUX et ces opérations sont à faire avec précaution et sécurité.
Si lors des essais, les secondaires basse tension peuvent se promener en l'air comme vous aurez pu le voir, le primaire est quant à lui, soudé sur un câble secteur.
Il serait préférable de mettre la terre sur la carcasse, cela vous protégerait si vous n'avez pas bien bloqué vos spires primaires et que celles-ci vont "se promener" en frottant sur les tôles…Le différentiel vous sauverait alors d'une mort certaine !

Si cela vous a intéressé, alors il ne vous reste plus qu'à fabriquer une petite bobineuse capable non seulement de réaliser des bobinages à spires jointives, mais également de réaliser des bobinages en nid d'abeille pour la haute fréquence…

6 Conclusions

Les transformateurs sont des éléments très fiables et on réalise toutes les "pirouettes électroniques" pour s'en passer, car ils sont lourds, encombrants et chers.
Tous mes appareils réalisés avec transformateur "maison" sont toujours en service, et les transfos bobinés manuellement pour beaucoup sont toujours en bonne santé…
Le transformateur qui alimentait le panneau solaire lors de sa première version analogique n'était pas imprégné et était simplement dans un coffret à l'extérieur. Il a fonctionné de 1984 à 2007 sans problèmes.
Vous pourrez aussi vous inspirer de cet article si vous désirez refaire un appareil dont le transfo a rendu l'âme, mais il faudra beaucoup de soin et de la patience avant tout.
Cet article vous aidera aussi à créer le transfo introuvable et que vous ne pourrez vous payer en termes de réalisation par un bobinier.
Ces bobiniers qui "retapent" principalement les moteurs sont les seuls professionnels aujourd'hui qui sont capables de faire ou refaire un transformateur sur mesure. Ce métier comme beaucoup d'autres est aussi en voie de disparition, sacrifié sur l'autel de la consommation stupide.

Bon ! Allez, vous prendrez bien encore une petite spire ?

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