Design d'un transformateur, coefficient de couplage, nombre de spires et adaptation d'impédance.

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Bonjour,

Je suis en train de réaliser un transformateur à ratio 1:50 pour un transfert de charge de condensateur à condensateur, et je me pose quelque questions avant d'embobiner peut être plusieurs centaines
de tours.

1 → Je cherche à maximiser le coefficient de couplage (bien sûr), et pour cela je sais que les considérations sont géométriques, mais je reçois des avis opposés sur l'effet du nombre total de tours sur ce coefficient. Au delà de ça, je m'efforce d'enrouler mes fils au plus proche du corps magnétique, le tout tenu en place par du scotch d'électricien.

2 → J'ai une puissance maximale que je souhaite imposer au primaire, avec des limitations sur la tension et l'intensité. Je veux exploiter toute la puissance disponible en entrée, comment dois-je mener le calcul pour que mon nombre de tours total (si je multiplie primaire et secondaire par une même quantité pour ne pas changer le ratio) me permette d'équilibrer le produit tension*intensité en entrée ?

3 → Juste pour être sûr : pour mon transfert d'énergie, mettons d'un condensateur C0 en parallèle avec le primaire vers un condensateur C1 en parallèle avec le secondaire, l'inductance équivalente qui va compter au primaire sera L_{primaire de fuite} + L_{secondaire de fuite}*(N^primaire/N^secondaire)² n'est-ce pas ? Ma question est : comment mesurer ces valeurs (pour intégrer les données dans mes calculs futurs) ? Même question si je veux mesurer les capacitances parasites du primaire et du secondaire ?

Cordialement,
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Il faudrait que vous donniez un peu plus de précisions sur la manip : valeurs des capacités (et non « capacitances » qui est un anglicisme), tension de charge de départ. Et comment vous comptez opérer que branchez vous sur le primaire et sur le secondaire.
Et aussi, le but de la manip : qui voulez-vous électrocuter ?

Pur la mesure des inductances il faut des appareils. Il faut un générateur de signaux (on ne peut utiliser le secteur que pour des grosses inductances et avec beaucoup de précautions) et un oscilloscope.

Pour mesurer les capacités parasites, il faut un oscilloscope et mesurer la fréquence des oscillations pendant les transitoires.
Au revoir.

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Bonjour LPFR,

Je transfère une charge de 400V sur 2µF vers 1.5nF à travers le transformateur à ratio 1:50. Prenons le cas idéal où mon système est uniquement composé de ces deux condensateurs et de mon transformateur, où les condensateurs et les enroulements du transfo sont en parallèle (un condensateur de chaque côté), avec une extrémité reliée à la masse (mettons la ligne de masse "en bas" sur mon schéma électrique). Le but de la manip est un transfert d'impulsion sous la forme d'un transfert de charge de condensateur vers des capacités de plus en plus petites, jusqu'à obtenir une impulsion très courte à la sortie de ma ligne de transfert.

Tout se passe très bien en réalité. J'ai seulement quelques interrogations quant à la manière dont je dois réaliser le design du transformateur. Obtenir un bon coefficient de couplage est essentiel pour que le transfert soit rapide, et mesurer les valeurs des inductances de fuite me permettra de réaliser quelques calculs rapides pour la suite.

Merci de votre réponse.

[LPFR]

Re.
Je ne vois pas l’astuce ou l’intérêt de la manip.
Les impulsions ne raccourciront pas beaucoup, car vous avez les capacités parasites des bobinages.
De plus, si vous avez une cascade de condensateurs et transfos, il ne vous pas fonctionner l’un a la suite du précèdent. Mais tous en même temps.
Vous ne ferez pas mieux qu’un « fly-back » ou une bobine de voiture.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

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Re,

Je ne connaissais pas le fly-back, c'est intéressant.
L'astuce ici est d'utiliser des corps magnétiques saturables. C'est leur saturation (et leur chute rapide d'inductance pour des enroulements simples, ou de couplage magnétique pour les transformateurs) qui me permet de réaliser des transferts en temps de plus en plus courts. Et comme on peut définir par construction leur temps de tenue avant saturation, on peut réaliser un transfert en cascade de condensateur à condensateur (unidirectionnel car la saturation est un processus orienté).

Je désire connaître les façons d'obtenir un coefficient de couplage optimal, afin de ne pas ralentir mes transferts par des inductances parasitiques.

Aussi, une question qui m'embête : si le coefficient de couplage était égal à un, que l'on mettait le circuit secondaire ouvert et que l'on mesurait l'inductance du primaire en y passant un certain courant, on mesurerait l'inductance de magnétisation c'est bien cela ? C'est-à-dire (µ*S/L)*Npri*Nsec ? (µ perméabilité du corps magnétique du transformateur, S sa section, L son périmètre moyen, et Npri et Nsec le nombre d'enroulements sur le transformateur).
Deuxième question bête : cela voudrait dire, toujours à coefficient de couplage égal à l'unité, qu'un transfert de charge d'un condensateur de capacité C0 vers un condensateur de capacité C1, à travers le transformateur d'inductance de magnétisation Lm, le demi-temps de transfert sera Pi*(Lm*Ct)^0.5 (où Ct = C0*C1/(C0+C1)) ?

Cordialement,