Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
Pour comprendre le fonctionnement d'un transformateur et savoir pourquoi certains sont meilleurs que d'autres, il est essentiel de connaître le noyau du transformateur. Ce guide des noyaux de transformateurs vous montrera tout ce que vous devez savoir sur les pièces des transformateurs. Nous verrons ce qu'ils font, de quoi ils sont faits et pourquoi la conception de leur noyau est si importante. Si vous souhaitez choisir un transformateur efficace et économiser de l'énergie, cet article est fait pour vous.
L'objectif principal d'un transformateur est de modifier le niveau de tension et de courant dans un circuit électrique. Il s'agit en quelque sorte d'une rampe d'accès à l'électricité. Un transformateur peut soit "élever" la tension à un niveau supérieur, soit "abaisser" la tension à un niveau inférieur. Cela se fait sans modifier la quantité totale d'énergie. Lorsque la tension augmente, le courant diminue. Lorsque la tension baisse, le courant augmente.
Il s'agit d'un travail très important. Les centrales électriques créent de l'électricité à très haute tension pour l'envoyer sur de longues distances avec moins de pertes d'énergie. Lorsque cette électricité atteint votre ville, un transformateur abaisse la tension à un niveau plus sûr pour les habitations et les entreprises. Les besoins en énergie varient d'un appareil à l'autre. Un transformateur permet d'adapter la puissance de la prise murale aux besoins de l'appareil.
Pour ce faire, le transformateur utilise un processus appelé induction électromagnétique. Il comporte deux ensembles de fils, appelés enroulements primaire et secondaire. La première bobine (primaire) reçoit l'énergie électrique. Cela crée un champ magnétique. Le transformateur utilise ensuite ce champ pour transférer l'énergie à la deuxième bobine (secondaire), qui envoie l'énergie à une nouvelle tension. Tous les types de transformateurs fonctionnent selon cette règle de base.
Parlons maintenant de la star du spectacle : le noyau du transformateur. Si les enroulements sont les bras du transformateur, le noyau est comme le corps qui les relie. Le noyau du transformateur est la partie centrale du transformateur. Sa principale fonction est de fournir un chemin au flux magnétique. Lorsque l'enroulement primaire crée un champ magnétique, le noyau guide ce champ vers l'enroulement secondaire.
Sans un bon noyau de transformateur, le flux magnétique se répandrait dans l'air. Une grande partie de l'énergie serait perdue. Le noyau agit comme une autoroute pour le champ magnétique, s'assurant qu'il voyage de la bobine primaire aux enroulements secondaires avec très peu de pertes en cours de route. C'est ce qui fait qu'un transformateur est si efficace pour transférer de l'énergie. Le noyau magnétique est la clé d'un transformateur efficace.
Le noyau du transformateur est généralement constitué d'un matériau très perméable au flux magnétique. Cela signifie que le champ magnétique peut circuler librement à travers lui. Un choix courant est un noyau en fer. Plus le noyau du transformateur guide le flux magnétique, plus le transfert d'énergie est efficace. C'est pourquoi la conception du noyau est si importante. Un noyau de transformateur efficace garantit le bon fonctionnement de l'appareil. Le transformateur repose sur cette pièce.
La conception du noyau est essentielle pour un transformateur. Une bonne conception du noyau d'un transformateur garantit son bon fonctionnement et évite de gaspiller beaucoup d'énergie. Une mauvaise conception du noyau peut entraîner une perte d'énergie importante, un échauffement et une durée de vie plus courte du transformateur. L'objectif est toujours de créer un chemin pour le flux magnétique qui soit aussi facile à parcourir que possible.
La conception du noyau a de nombreuses répercussions. Elle détermine la quantité de flux magnétique que le noyau peut supporter, ce que l'on appelle la densité de flux. Elle contribue également à réduire le gaspillage d'énergie. La forme et la taille du noyau du transformateur doivent correspondre à la quantité de puissance que le transformateur doit traiter. Pour les applications à forte puissance, il faut un noyau plus gros et plus robuste. Pour les appareils électroniques plus petits, on utilise un noyau de transformateur de conception différente.
C'est en pensant à la conception du noyau que nous fabriquons un transformateur efficace. Nous voulons minimiser les pertes de puissance. Par exemple, un noyau bien conçu aura très peu d'entrefers. Ces espaces peuvent s'opposer à l'écoulement du flux magnétique et provoquer des pertes d'énergie. La façon dont le noyau du transformateur est construit, depuis son matériau jusqu'à sa forme, contribue à l'efficacité du transformateur. Cette conception garantit le bon fonctionnement du transformateur.
Le matériau utilisé pour le noyau du transformateur est très important pour ses performances. L'objectif est d'utiliser des matériaux qui ont une perméabilité élevée. Cela signifie qu'ils se laissent facilement traverser par le flux magnétique. Les matériaux les plus courants sont l'acier au silicium et les métaux amorphes.
L'acier au silicium est un type d'acier spécial auquel on a ajouté une petite quantité de silicium. Cet ajout augmente la capacité de l'acier à résister au flux de courant à l'intérieur du noyau lui-même, ce qui contribue à réduire la perte d'énergie. Il s'agit souvent d'un type spécial d'acier au silicium appelé CRGO (Cold Rolled Grain Oriented Steel). L'acier CRGO possède de très bonnes propriétés magnétiques dans le sens où il est laminé, ce qui le rend parfait pour le noyau d'un transformateur. Le transformateur bénéficie grandement de ces matériaux.
Un autre matériau étonnant est le métal amorphe, parfois appelé verre métallique. Les noyaux amorphes sont fabriqués à partir de métaux refroidis si rapidement qu'ils ne forment pas de structure cristalline. Cette structure désordonnée permet au champ magnétique de changer très facilement de direction, ce qui réduit considérablement la perte d'énergie. Un noyau amorphe est idéal pour fabriquer un transformateur plus efficace, en particulier dans les transformateurs de distribution qui fonctionnent en permanence. D'autres matériaux comme la ferrite sont également utilisés, souvent dans les transformateurs de courant à haute fréquence. Ces matériaux font une énorme différence.
Si vous regardez de près le noyau d'un transformateur, vous remarquerez qu'il ne s'agit pas d'un bloc de métal massif. Il est plutôt constitué de plusieurs feuilles minces empilées les unes sur les autres. C'est ce qu'on appelle laminage. La construction du noyau utilise ces feuilles laminées pour une raison très importante : arrêter ce que l'on appelle les courants de Foucault.
Voici ce qui se passe. Lorsque le champ magnétique dans le noyau du transformateur varie constamment, il peut créer de petits courants circulaires à l'intérieur du matériau du noyau lui-même. Il s'agit de courants de Foucault. Ces minuscules courants posent un gros problème parce qu'ils ne font aucun travail utile. Ils ne font que créer de la chaleur, qui est une forme de perte d'énergie. Cet échauffement peut endommager le transformateur et gaspiller de l'électricité. Un noyau de fer solide présenterait des courants de Foucault importants.
En utilisant le laminage, nous coupons le chemin de ces courants de Foucault. Chaque feuille mince, ou laminage, est recouverte d'une couche isolante. Cette couche empêche le courant de circuler entre les feuilles. Cela signifie que tout courant de Foucault ne peut circuler que dans une seule feuille très mince, ce qui le rend très petit et très faible. Cette simple astuce de laminage est l'un des meilleurs moyens de réduire les pertes par courants de Foucault et de rendre un transformateur plus efficace. Il s'agit d'un élément clé de la construction du noyau d'un transformateur.
Lorsque nous parlons des principaux types de noyaux de transformateurs, nous parlons généralement des deux formes ou styles de configuration les plus courants. Il s'agit du "type de noyau" et du "type d'enveloppe". Le choix entre les deux dépend des besoins en énergie et de l'utilisation du transformateur. Chaque type de noyau a ses propres atouts.
Le premier type de noyau est appelé, simplement, le "type de noyau". Dans cette conception, les enroulements sont enroulés autour des membres du noyau. Imaginez un beignet carré dont les fils sont enroulés autour de deux de ses côtés. Cette conception est simple à construire et permet un bon couplage entre les enroulements primaires et secondaires. Le noyau du transformateur est le centre de la structure.
Le deuxième grand type de noyau est le "type de coque". Dans un transformateur à coquille, le noyau entoure les enroulements. C'est comme si le bobinage était le centre mou et que le noyau du transformateur était la coquille dure qui le protégeait. Cette conception offre un meilleur chemin pour le flux magnétique parce qu'il y a un grand limbe central. Une conception de type coquille offre également une meilleure protection mécanique à la bobine et à l'enroulement. C'est l'un des types de noyaux de transformateur les plus courants. Ce transformateur est très fiable.
Approfondissons un peu ces deux conceptions. Dans un transformateur "à noyau", l'enroulement entoure le noyau du transformateur. Le noyau lui-même est généralement un simple rectangle à deux branches. Les enroulements primaire et secondaire sont placés l'un au-dessus de l'autre sur les deux branches du noyau. Cette construction du noyau est plus facile à démonter pour les réparations. Cependant, le trajet du flux magnétique est plus long, ce qui peut parfois entraîner une perte d'énergie plus importante.
Dans un transformateur "à coquille", c'est l'inverse qui se produit. Le noyau du transformateur est construit autour des enroulements. Le noyau a trois branches, et la bobine est enroulée autour de la branche centrale. Les deux branches extérieures fournissent un chemin à faible résistance pour le flux magnétique. Cette conception en forme de coquille permet de réduire les pertes d'énergie car le flux magnétique a deux chemins de retour, ce qui réduit sa résistance. Le transformateur est souvent plus compact avec cette conception.
Alors, quand choisir l'un plutôt que l'autre ? Les transformateurs à noyau sont souvent utilisés dans les applications à haute tension, comme les grands transformateurs de puissance. Le transformateur à coque est très courant dans les petits transformateurs électroniques et de distribution où une taille compacte et un rendement plus élevé sont importants. Le choix du type de noyau dépend en fait de la tâche spécifique que le transformateur doit accomplir. Les deux types de noyau sont conçus pour assurer le bon fonctionnement du transformateur.
La façon dont le noyau du transformateur est assemblé est appelée configuration d'assemblage. Ceci est particulièrement important pour l'alimentation triphasée, qui est utilisée dans la plupart des environnements industriels. Pour ces types d'alimentation, le noyau doit gérer trois flux de champs magnétiques distincts en même temps. Les conceptions les plus courantes sont le noyau à trois branches et le noyau à cinq branches.
Un noyau à trois branches est la norme pour la plupart des transformateurs de distribution triphasés. Il comporte trois jambes verticales, ou branches, ainsi qu'une culasse supérieure et une culasse inférieure pour les relier. Chaque branche contient les enroulements primaires et secondaires pour une phase du courant. Cette conception du noyau est simple et rentable. Le flux magnétique de chaque phase partage le même chemin, ce qui fonctionne bien la plupart du temps.
Pour les très gros transformateurs de puissance, on utilise souvent un noyau à cinq branches. Cette conception ajoute deux branches extérieures aux trois branches standard. Ces branches supplémentaires ne sont pas enroulées avec une bobine. Leur rôle est de faciliter le retour du flux magnétique, ce qui permet de réduire les pertes d'énergie et les pertes à vide. Il existe également une configuration de noyau à quatre branches, mais elle est moins courante. Ces différentes configurations sont choisies pour assurer un fonctionnement efficace d'un transformateur spécifique. Le transformateur a besoin d'un noyau adapté à sa fonction.
La relation entre la bobine et le noyau du transformateur est au cœur du fonctionnement d'un transformateur. La bobine, également appelée enroulement, est constituée d'un conducteur, généralement en cuivre ou en aluminium. Un transformateur comporte au moins deux enroulements : l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire.
Le processus commence lorsqu'un courant alternatif circule dans la bobine primaire. Ce courant crée un champ magnétique changeant autour de l'enroulement. C'est là qu'intervient le noyau du transformateur. Le noyau, constitué d'un matériau à haute perméabilité magnétique, capte ce champ magnétique. Il guide ensuite efficacement le flux magnétique le long de sa trajectoire. Le noyau est comme un canal pour cette énergie magnétique. Les enroulements qui entourent le noyau sont le point de départ de l'action.
Le flux magnétique, qui passe maintenant par le noyau commun, traverse l'enroulement secondaire. Ce champ magnétique changeant qui se déplace à travers la bobine secondaire induit une tension dans celle-ci. Cela crée un nouveau courant qui peut alimenter un appareil. Le rapport entre le nombre de tours de la bobine primaire et celui de la bobine secondaire détermine la tension de sortie. C'est ainsi qu'un transformateur remplit sa fonction d'élévateur et de réducteur. Le noyau du transformateur garantit que la quasi-totalité du flux magnétique de la bobine primaire atteint le secondaire, ce qui augmente l'efficacité du stockage et du transfert d'énergie. Le noyau peut également être construit autour des bobines.
Lorsque l'on parle d'un bon transformateur, on parle souvent de l'efficacité du transformateur. Il s'agit d'une mesure de la quantité d'énergie perdue lors de son passage dans le transformateur. Aucun transformateur n'est parfait ; il y aura toujours une certaine perte d'énergie. Mais un transformateur bien conçu avec un noyau de transformateur efficace peut être très proche de la perfection. Connaître les noyaux de transformateur, c'est connaître l'efficacité.
Il existe deux types principaux de perte d'énergie dans un transformateur. La première est la "perte de charge" ou perte de cuivre, qui se produit dans l'enroulement en raison de la résistance du fil. La seconde, souvent plus importante, est la "perte à vide" ou perte de fer. Elle se produit dans le noyau du transformateur lui-même. Cette perte d'énergie est due aux courants de Foucault et à ce que l'on appelle l'hystérésis. La perte par hystérésis est l'énergie utilisée pour changer la direction du champ magnétique dans le matériau du noyau. C'est là que les matériaux amorphes se distinguent, car ils ont des pertes d'hystérésis très faibles.
Un noyau de transformateur efficace est conçu pour réduire ces pertes à vide. L'utilisation de matériaux de haute qualité, tels que le métal amorphe ou le Acier au silicium CRGO et l'utilisation de la stratification pour stopper les pertes par courants de Foucault sont essentielles. La réduction des pertes d'énergie n'est pas seulement une question de performance, c'est aussi une question d'argent. Un transformateur plus efficace gaspille moins d'énergie, ce qui se traduit par des coûts d'exploitation moins élevés pendant toute sa durée de vie. Pour quiconque choisit un transformateur, il s'agit là d'un point essentiel à prendre en considération. L'efficacité du transformateur est directement liée à la conception de son noyau. Voici ce qu'il faut savoir sur l'efficacité des transformateurs.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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