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.
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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.
E3A Physique-Chimie PSI 2026, Q25
Rappeler l’équation de Maxwell-Faraday. En déduire l’expression de la tension u₂(t) aux bornes du secondaire en fonction de u₁(t) ainsi que N₁ et N₂ et qu’on désignera par le nom de loi de…
E3A Physique-Chimie PSI 2026, Q26
Citer le théorème d’Ampère dans un tel milieu magnétique idéalisé et dans l’approximation des régimes quasi-stationnaires magnétiques. En déduire l’expression de l’intensité i₂(t) du courant…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2025, Q18
En écrivant les équations électriques pour le primaire et le secondaire, montrer que (uₐ(t))/Nₐ = (u_b(t))/N_b.
Banque PT Physique A PT 2023, Q31
On ferme le circuit secondaire sur une impédance Z_c. Quelle est l'impédance d'entrée vue du primaire ?
Banque PT Physique A PT 2023, Q35
On ne tient plus compte de l'effet capacitif de la ligne qui est modélisée par une résistance r. Elle alimente un transformateur d'abaissement en bout de ligne qu'on modélise par un simple dipôle D…
- transport d'électricité
- perte par effet joule
X-ENS Physique PSI 2020, Q30
Quels sont les deux phénomènes associés aux pertes fer ? On d'étaillera l'origine de chaque perte. Quel autre type de perte existe dans ce système ?
E3A Physique-Chimie PSI 2026, Q23
Un transformateur peut-il fonctionner en régime continu ? Pourquoi ?
E3A Physique-Chimie PSI 2026, Q27
Quel est le rendement de conversion de puissance d’un tel transformateur idéal ? Nommer les pertes susceptibles de dégrader ce rendement. Citer un ordre de grandeur des rendements de transformateurs…
- perte fer
- perte joule
- rendement du transformateur
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 PSI 2023, Q22
On considère le schéma du transformateur de la figure 9. Le primaire est formé de N couches, le secondaire d'une seule. Si l'amplitude de la déformation au secondaire est identique à celle du…
Banque PT Physique A PT 2023, Q30
Comparer dans ce modèle la puissance reçue au primaire à celle cédée au secondaire.
Banque PT Physique A PT 2023, Q33
Á Svarsengi la valeur efficace de la tension primaire vaut 11 kV et la tension efficace du secondaire vaut 132 kV. En déduire le rapport N₂/N₁.
Banque PT Physique A PT 2023, Q36
Expliquer pourquoi le fait d'avoir placé le transformateur rehausseur diminue les pertes Joule dans la ligne comme indiqué dans l'énoncé. Indiquer dans le cas de Svarsenghi par combien on divise cet…
ENS Physique U PSI 2021, Q37
On suppose que l'impédance du voltmètre est infinie. Quelle est l'impédance du primaire du transformateur ?
ENS Physique U PSI 2021, Q39
Le pont est équilibré en changeant le rapport du transformateur de façon à ce que la tension aux bornes du voltmètre soit nulle. Exprimer dans ce cas la valeur de la résistance R_T en fonction de…
E3A Physique-Chimie PSI 2026, Q33
Quelle est la valeur efficace U_e, eff de la tension u_E.D.F aux bornes d’une prise électrique standard ? Exprimer la puissance moyenne (ou active) P en fonction de φ notamment. Pourquoi EDF…
- facteur de puissance
- transport de l'électricité
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2025, Q21
En utilisant les résultats établis dans le II, montrer qu’on peut réécrire Y = 1/jL₃ω₀ + N₄²/Rₘ.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 PSI 2023, Q2
Pour l'enroulement de cuivre de la figure 1, le courant circule de A vers B. Évaluer sa résistance électrique Rₑ. Citer deux inconvénients que présente l'existence de cette résistance pour un…
- résistance électrique
- effet joule
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 PSI 2023, Q8
Établir l'expression de l'intensité i en fonction de C_p, m et du₁/dt pour une intensité de sortie nulle, i₂ = 0. En déduire l'expression de i₁ en fonction de C_p, m et du₁/dt. Toujours avec le…
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 PSI 2023, Q9
Calculer la valeur de l'intensité maximale i₁ dans les conditions de la question précédente. Quels sont les effets de ce courant ? Pourquoi ce défaut est-il particulièrement important pour les…
Banque PT Physique A PT 2023, Q32
Vue depuis le transformateur d'élévation de la tension, la ligne à haute tension est modélisable par un montage en parallèle d'une résistance R et d'une capacité C proportionnelles à la longueur de…
ENS Physique U PSI 2021, Q38
Calculer la tension U_S aux bornes du voltmètre en fonction des paramètres du problème.
X-ENS Physique-SI MP 2021, Q31
En s'appuyant sur les relations de transformation des tension et courant U₂ = mU₁ et J₂ = J₁/m, exprimer Z'₂ en fonction de Z₂. Caractériser les éléments R'_L et C'₂ constituant le dipôle (D) si…
- impédance ramenée
- transformateur parfait
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2025, Q23
Montrer à l’aide des résultats précédents que u₁ = -N₁/N₄(1 + Rₑ Y) Rₘ i₄.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 TSI 2025, Q24
Dans la limite où Rₘ tend vers 0, montrer que l’intensité i₄(t) tend vers i_4,lim(t) = -1/(N₁ N₄ Rₑ) u₁(t). Commenter.
CentraleSupélec Physique-Chimie 2 PSI 2023, Q30
Dans la figure A du document réponse, sont décrites des simulations de fonctionnement d'un transformateur piézoélectrique alimentant une résistance de charge R_c. Analyser qualitativement et…
- puissance moyenne
- rendement
X-ENS Physique-SI MP 2021, Q28
Les résultats établis en réponse aux question (26) et (27) permettent d'établir que ce système électromécanique peut être symboliquement représenté selon le schéma de la figure (7). L'opérateur (T)…
- transformateur électromécanique
- schéma équivalent
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