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Transformateur : 26 questions de concours corrigées

7 épreuves X-ENS, Centrale, E3A et Banque PT, sessions 2020 à 2026, filières MP, PSI, PT et TSI.

questions corrigées
26
questions corrigées
épreuves
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concours
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concours
sessions
2020-2026
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

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

Pièges classiques

  • Attention aux conventions d'orientation : les relations du transformateur idéal dépendent des choix de fléchage. En convention récepteur au primaire et générateur au secondaire, on a u_2/u_1 = m et i_2/i_1 = 1/m ; si les deux enroulements sont orientés en convention récepteur, la relation des courants devient N_1 i_1 + N_2 i_2 = 0.

    Questions sources :E3A Physique-Chimie PSI 2026, Q26CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2025, Q23

  • Lorsque le courant secondaire I_2 est orienté comme entrant dans le transformateur, il quitte la charge : il faut alors impérativement introduire un signe moins dans la loi d'Ohm aux bornes de la charge sous peine d'obtenir une impédance d'entrée négative absurde.

    Question source :Banque PT Physique A PT 2023, Q31

  • Pour évaluer les pertes par effet Joule le long d'une ligne de transport, ne pas confondre la tension entre les conducteurs de ligne U_s et la chute de tension le long du conducteur \Delta U = r I : la puissance dissipée vaut r I^2 (soit \Delta U^2 / r) et en aucun cas U_s^2 / r.

    Question source :Banque PT Physique A PT 2023, Q35

  • Ne pas confondre la puissance apparente S = U_{\text{eff}} I_{\text{eff}} (en V.A) et la puissance active P = S \cos\varphi (en W) : en régime sinusoïdal, le facteur de puissance doit impérativement être pris en compte.

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

  • Ne pas confondre la tension aux bornes du primaire du transformateur avec la fem de la source d'alimentation dès lors qu'il existe une impédance interne ou une résistance insérée en série avec le primaire.

    Question source :ENS Physique U PSI 2021, Q38

  • Lors du transfert d'impédance au primaire, l'impédance est divisée par m^2 (Z_1 = Z_2 / m^2). Pour un condensateur, Z_2 = 1/(j C_2 \omega), ce qui implique que la capacité équivalente ramenée au primaire est multipliée par m^2 : C'_2 = m^2 C_2.

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

  • Ne pas confondre les pertes fer, localisées dans le matériau ferromagnétique du noyau (hystérésis et courants de Foucault), avec les pertes cuivre, qui sont les pertes par effet Joule dans les conducteurs des enroulements.

    Question source :X-ENS Physique PSI 2020, Q30

À retenir

  • Un transformateur parfait couple les grandeurs d'entrée et de sortie avec conservation intégrale de la puissance instantanée : en conventions récepteur pour les deux enroulements, u_1 i_1 + u_2 i_2 = 0.

    Questions sources :X-ENS Physique-SI MP 2021, Q28E3A Physique-Chimie PSI 2026, Q25

  • Un transformateur idéal à vide (secondaire en circuit ouvert, I_2 = 0) appelle un courant primaire nul (I_1 = 0) et présente ainsi une impédance d'entrée infinie.

    Question source :ENS Physique U PSI 2021, Q37

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

    Question source :ENS Physique U PSI 2021, Q37

  • Un transformateur ferromagnétique inductif repose sur l'induction de Faraday et requiert une variation temporelle de flux (\mathrm{d}\Phi/\mathrm{d}t \neq 0) : il ne peut pas fonctionner en régime continu.

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

  • Les pertes fer se décomposent en pertes par hystérésis (proportionnelles à la fréquence f) et en pertes par courants de Foucault (proportionnelles à f^2). On réduit ces dernières en feuilletant le circuit magnétique ou en employant des matériaux peu conducteurs comme les ferrites.

    Question source :X-ENS Physique PSI 2020, Q30

  • Les pertes cuivre représentent la puissance dissipée par effet Joule dans la résistance propre des bobinages du primaire et du secondaire.

    Question source :X-ENS Physique PSI 2020, Q30

  • Lorsque le transformateur débite sur une faible impédance de charge, le courant secondaire appelé est grand, ce qui permet souvent de négliger le courant magnétisant devant le courant dans les bobinages.

    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