📘 Guide d’utilisation de l’outil interactif HeP100
Cet outil accompagne l’étude des transformateurs haute fréquence en reliant la compréhension physique,
l’exploitation de mesures expérimentales et le calcul des paramètres électriques du modèle équivalent.
Comprendre → Mesurer → Calculer → Interpréter → Valider
L’objectif n’est pas seulement d’obtenir une valeur d’inductance, mais de comprendre pourquoi cette valeur évolue
lorsque le noyau, le matériau, l’entrefer, le couplage ou l’excitation changent.
1️⃣ Onglet 1
Comprendre avant de mesurer
Explorer les phénomènes physiques qui gouvernent le comportement du transformateur haute fréquence.
- Rôle du noyau magnétique
- Influence du matériau
- Influence de l’entrefer
- Influence du couplage
- Influence de la tension et de la fréquence
- Analyse de la saturation
2️⃣ Onglet 2
Vérifier la cohérence des mesures
Comparer une valeur calculée expérimentalement aux références intégrées dans l’outil.
- Sélection du matériau
- Sélection PPSS / PSPS
- Sélection du circuit magnétique
- Choix Lm ou Lk
- Diagnostic de cohérence
3️⃣ Onglet 3
Calculateur d’inductance
Convertir les mesures oscilloscope en valeur d’inductance exploitable.
- Saisie CH1 RMS
- Saisie CH2 RMS
- Saisie phase et fréquence
- Calcul automatique de VR RMS
- Calcul par méthode phase et amplitude
1. Utiliser l’onglet « Comportement physique »
Cet onglet doit être utilisé en premier. Il permet d’identifier les grandeurs physiques qui expliquent ensuite les
résultats mesurés sur le banc.
1.1 Rôle du noyau magnétique
À faire : comparer les scénarios sans noyau et avec noyau ferrite.
Ce qu’il faut observer :
- l’évolution de l’inductance magnétisante Lm ;
- l’évolution du courant magnétisant Im ;
- l’évolution du flux magnétique ;
- l’évolution du coefficient de couplage.
Interprétation à déduire :
- le noyau magnétique sert à concentrer et guider le flux magnétique créé par l’enroulement primaire ;
- la ferrite possède une perméabilité beaucoup plus élevée que l’air ;
- avec un noyau, la réluctance du circuit magnétique diminue fortement ;
- Lm augmente fortement, car le flux est mieux canalisé ;
- le courant nécessaire pour créer le flux diminue ;
- sans noyau, le flux se disperse dans l’air, le couplage est faible et l’inductance devient très faible.
Conclusion : le noyau est l’élément qui permet au transformateur de fonctionner efficacement. Il canalise le flux,
augmente l’inductance magnétisante et améliore le transfert magnétique entre primaire et secondaire.
1.2 Influence du matériau magnétique
À faire : comparer les matériaux 3C90 et 3F4.
Ce qu’il faut observer :
- la variation de Lm ;
- la variation du courant magnétisant ;
- la forme de la courbe B-H ;
- la marge vis-à-vis de la saturation.
Interprétation à déduire :
- un matériau de perméabilité plus élevée donne généralement une Lm plus élevée ;
- chaque ferrite possède son propre domaine fréquentiel d’utilisation ;
- le choix du matériau influence les pertes, la saturation et le comportement haute fréquence ;
- le matériau ne modifie pas directement Bpeak imposé par la tension et la fréquence, mais il modifie la marge à la saturation.
1.3 Influence de l’entrefer
À faire : comparer sans entrefer, avec entrefer et entrefer augmenté.
Ce qu’il faut observer :
- la diminution de Lm lorsque l’entrefer augmente ;
- l’augmentation du courant magnétisant ;
- l’évolution de la courbe B-H ;
- l’évolution de la capacité de stockage d’énergie.
Interprétation à déduire :
- l’entrefer augmente la réluctance du circuit magnétique ;
- plus l’entrefer est important, plus la perméabilité effective diminue ;
- Lm diminue, donc le courant magnétisant augmente ;
- l’entrefer permet de stocker davantage d’énergie magnétique, ce qui est essentiel dans certaines topologies de conversion.
1.4 Influence du couplage magnétique
À faire : comparer les configurations PPSS et PSPS.
Ce qu’il faut observer :
- le coefficient de couplage k ;
- la fuite relative ;
- l’inductance de fuite Lk.
Interprétation à déduire :
- l’entrelacement des enroulements améliore le couplage magnétique ;
- PSPS réduit le flux de fuite par rapport à PPSS ;
- un meilleur couplage augmente k et diminue Lk ;
- le couplage agit principalement sur Lk et k, mais pas sur les propriétés intrinsèques du matériau.
1.5 Influence de la fréquence
À faire : faire varier la fréquence d’excitation.
Interprétation à déduire :
- à tension constante, lorsque la fréquence augmente, Bpeak diminue ;
- le risque de saturation diminue lorsque la fréquence augmente ;
- la fréquence ne modifie pas directement Lm, qui dépend principalement du matériau, du nombre de spires et de l’entrefer.
1.6 Influence de la tension appliquée
À faire : faire varier la tension d’excitation.
Interprétation à déduire :
- lorsque la tension augmente, Bpeak augmente ;
- le courant magnétisant augmente ;
- le risque de saturation augmente ;
- une tension trop élevée peut amener le matériau hors de sa zone linéaire.
1.7 Analyse de la saturation
À faire : utiliser les scénarios proche saturation et saturé.
Interprétation à déduire :
- la saturation apparaît lorsque le matériau atteint sa limite d’induction ;
- au voisinage de la saturation, le courant magnétisant augmente fortement ;
- le flux n’augmente plus proportionnellement au courant ;
- la saturation dégrade fortement le comportement du transformateur.
Compétences attendues après l’onglet 1 : expliquer le rôle du noyau, du matériau, de l’entrefer et du couplage ;
distinguer Lm et Lk ; interpréter l’effet de la tension et de la fréquence ; identifier les signes d’une saturation magnétique.
2. Utiliser l’onglet « Banc de test HeP100 »
Cet onglet permet de vérifier si une valeur expérimentale calculée par l’étudiant est cohérente avec les valeurs de référence
enregistrées dans l’outil.
Démarche recommandée
- Sélectionner le matériau étudié.
- Sélectionner la configuration PPSS ou PSPS.
- Sélectionner le circuit magnétique : sans noyau, sans entrefer, 1 gap ou 2 gaps.
- Choisir le type de mesure : Lm ou Lk.
- Comparer les valeurs de référence affichées.
- Saisir la valeur calculée expérimentalement.
- Lire le diagnostic de cohérence.
Interprétations à déduire
- si l’écart est faible, la mesure et le calcul sont cohérents ;
- si l’écart est modéré, il faut vérifier les conditions expérimentales et la méthode de calcul ;
- si l’écart est élevé, il faut contrôler les connexions, les valeurs RMS, la phase et le type de mesure choisi ;
- Lm doit être mesurée avec le côté opposé ouvert ;
- Lk doit être mesurée avec le côté opposé court-circuité.
3. Utiliser l’onglet « Calculateur d’inductance »
Cet onglet transforme les mesures oscilloscope en valeur d’inductance. Il constitue l’étape de calcul avant la validation dans
l’onglet Banc de test.
Données à renseigner
- CH1 RMS ;
- CH2 RMS ;
- fréquence ;
- déphasage ;
- résistance de mesure.
Ce que calcule l’outil
- VR RMS à partir de CH1, CH2 et de la phase ;
- l’inductance par la méthode du déphasage ;
- l’inductance par la méthode amplitude ;
- l’écart entre les deux méthodes.
Interprétations à déduire
- si les deux méthodes donnent des résultats proches, la mesure est robuste ;
- si la phase est proche de 90°, la méthode tan(φ) devient très sensible ;
- si les résultats divergent fortement, il faut vérifier la phase, les valeurs RMS et la configuration de mesure ;
- la valeur retenue peut ensuite être reportée dans l’onglet Banc de test pour validation.
Erreurs fréquentes à éviter
- confondre Lm et Lk ;
- penser que l’entrefer augmente Lm alors qu’il la diminue ;
- penser que la fréquence modifie directement Lm ;
- confondre Bpeak imposé par l’excitation avec les propriétés du matériau ;
- oublier que le noyau sert principalement à concentrer et guider le flux magnétique ;
- soustraire directement les valeurs RMS CH1 et CH2 pour obtenir VR ;
- utiliser la méthode tan(φ) sans prudence lorsque la phase approche 90°.
Comprendre → Mesurer → Calculer → Interpréter → Valider
