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Transformateur : 21 questions de concours corrigées

6 épreuves X-ENS, Centrale et Banque PT, sessions 2020 à 2025, filières MP, PSI, PT et TSI.

questions corrigées
21
questions corrigées
épreuves
6
épreuves
concours
4
concours
sessions
2020-2025
sessions

Transformateur idéal et réel : rapport de transformation, relations entre tensions et courants, transfert d'impédance, pertes, rendement, puissance active et facteur de puissance en régime sinusoïdal.

Au programme : en sup (1re année) pour PC, PSI, PT et TSI.

Les questions, avec indice et corrigé

21 questions, incontournables d'abord, puis de la plus accessible à la plus difficile.

Pièges classiques

  • Attention au choix des conventions d'orientation au primaire et au secondaire : si les deux enroulements sont en convention récepteur, la relation s'écrit u_2/u_1 = -m. De même, un courant sortant du secondaire implique un signe moins dans la loi d'Ohm aux bornes de la charge, sans quoi l'impédance ramenée serait négative.

    Questions sources :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2025, Q23Banque PT Physique A PT 2023, Q31

  • Ne pas confondre la tension de ligne (entre conducteurs) avec la chute de tension le long d'un conducteur de ligne : les pertes Joule s'écrivent \mathcal{P}_J = r I^2 = (\Delta U)^2 / r et en aucun cas U^2 / r.

    Question source :Banque PT Physique A PT 2023, Q35

  • Pour une impédance capacitive ramenée au primaire selon Z_1 = Z_2 / m^2, la capacité équivalente est multipliée par m^2 (soit C_1 = m^2 C_2) et non divisée, car l'impédance varie en 1/C.

    Question source :X-ENS Physique-SI MP 2021, Q31

  • Ne pas confondre la puissance apparente S = U_{\text{eff}} I_{\text{eff}} et la puissance active P = U_{\text{eff}} I_{\text{eff}} \cos\varphi lors du calcul du rendement ou des bilans de puissance.

    Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 PSI 2023, Q30

  • Ne pas confondre les « pertes fer » localisées dans le matériau magnétique (hystérésis et courants de Foucault) et les « pertes cuivre » localisées dans les conducteurs des enroulements (effet Joule).

    Question source :X-ENS Physique PSI 2020, Q30

À retenir

  • L'impédance ramenée au primaire d'une charge Z_2 branchée au secondaire d'un transformateur parfait vaut Z_1 = Z_2 / m^2, où m = U_2 / U_1 est le rapport de transformation.

    Question source :ENS Physique U PSI 2021, Q37

  • Un transformateur parfait à vide (secondaire ouvert, I_2 = 0) appelle un courant primaire nul (courant magnétisant négligé) et présente une impédance d'entrée infinie.

    Question source :ENS Physique U PSI 2021, Q37

  • Un transformateur idéal conserve la puissance instantanée : en conventions récepteur pour les deux enroulements, on a u_1 i_1 + u_2 i_2 = 0.

    Question source :X-ENS Physique-SI MP 2021, Q28

  • Les pertes fer sont la somme des pertes par hystérésis (proportionnelles à la fréquence f) et des pertes par courants de Foucault (proportionnelles à f^2). On limite ces dernières en feuilletant le circuit magnétique ou en employant des ferrites isolantes.

    Question source :X-ENS Physique PSI 2020, Q30

  • Les pertes cuivre représentent les pertes Joule dissipées dans les résistances propres des bobinages du primaire et du secondaire.

    Question source :X-ENS Physique PSI 2020, Q30

  • Le fonctionnement d'un transformateur inductif repose sur l'induction et requiert une variation temporelle du flux magnétique (\mathrm{d}\Phi/\mathrm{d}t \neq 0) : il est inopérant en régime continu pur.

    Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 PSI 2023, Q22

  • Lorsque le secondaire est chargé par une très faible impédance, le courant d'appel secondaire devient prépondérant, ce qui permet de négliger la contribution du courant magnétisant au primaire.

    Question source :CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2025, Q24

Les questions sont classées par chapitre à partir des corrigés détaillés de WikiPrépa ; une question peut relever de deux chapitres. La difficulté, de 1 (application directe) à 4 (difficile), est une estimation. Comment les corrigés sont rédigés et relus

Voir aussi