Pourquoi le transformateur ne fonctionne qu'en courant alternatif (CA) ?
Le principe fondamental : l'induction électromagnétique
Un transformateur repose sur la loi de Faraday-Lenz : une tension électromotrice (f.e.m.) est induite dans un circuit (enroulement secondaire) lorsque le flux magnétique qui le traverse varie dans le temps. Ce flux variable est créé par un courant variable traversant l'enroulement primaire.
Avec du courant alternatif (CA) : flux variable ⇒ tension induite
Le courant alternatif change de sens et d'amplitude périodiquement (50 Hz en Europe, 60 Hz en Amérique du Nord). Le courant traversant l'enroulement primaire génère un champ magnétique alternatif dans le noyau ferromagnétique (fer au silicium à grains orientés). Ce champ variable « balaye » l'enroulement secondaire et y induit une tension alternative de même fréquence, dont l'amplitude est proportionnelle au rapport de spires (N₂/N₁). L'énergie est transférée magnétiquement sans contact électrique.
Avec du courant continu (CC) : flux constant ⇒ aucune tension induite (régime permanent)
Le courant continu ne varie pas (sauf lors des transitoires d'allumage/extinction). Il crée un champ magnétique statique dans le noyau. Un flux constant n'induit aucune tension dans le secondaire (dΦ/dt = 0). Pire : en régime permanent, le primaire ne présente plus qu'une très faible résistance ôhmique (quelques ohms) → le courant monte à des valeurs destructrices (court-circuit effectif), saturant le noyau et détruisant l'enroulement par effet Joule.
Schéma fonctionnel simplifié (régime sinusoïdal établi)
- Primaire : tension CA U₁ → courant magnétisant I₀ + courant de charge I₁' → champ magnétique alternatif H.
- Noyau (fer) : concentre et guide le flux magnétique Φ (haute perméabilité µr ≈ 2000-4000), minimisant le courant magnétisant.
- Secondaire : flux alternatif Φ traversant les spires N₂ → f.e.m. induite U₂ = -N₂ dΦ/dt (loi de Lenz-Faraday).
En bref : le transformateur a besoin d'une variation temporelle du flux magnétique (dΦ/dt ≠ 0). Seul le courant alternatif (ou tout courant variable : impulsionnel, triangulaire, etc.) la fournit de façon soutenue. Le courant continu, par sa constance, ne peut pas assurer le transfert d'énergie par induction magnétique entre enroulements. Note : les convertisseurs CC/CC (choppers) utilisent des transformateurs à haute fréquence en hachant le courant continu pour créer une composante alternative.