Apprendre à connaître la perméabilité du noyau d'un transformateur : La clé d'un meilleur transformateur

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi un transformateur fonctionne si bien ? L'idée clé se trouve à l'intérieur. Elle se trouve dans une partie appelée le noyau du transformateur. L'élément le plus important de ce noyau est une qualité spéciale appelée perméabilité. Dans cet article, vous découvrirez ce qu'est la perméabilité. Vous apprendrez également pourquoi elle est si importante. Lorsque vous connaîtrez la perméabilité d'un matériau de noyau, vous comprendrez mieux comment fonctionnent les transformateurs. Vous saurez pourquoi certains sont meilleurs que d'autres. Et vous saurez comment choisir le bon transformateur pour votre circuit électrique.

Qu'est-ce que la perméabilité magnétique dans un noyau de transformateur ?

Pensez à une serviette en papier. Certaines peuvent absorber beaucoup d'eau. D'autres ne peuvent pas en absorber beaucoup. La perméabilité magnétique ressemble beaucoup à cela, mais elle concerne les champs magnétiques et non l'eau. La perméabilité d'un matériau indique sa capacité à retenir un champ magnétique. Un matériau à forte perméabilité peut "absorber" une grande quantité d'énergie magnétique. Le noyau du transformateur utilise un matériau à haute perméabilité. Cela permet d'indiquer au champ magnétique où aller.

Dans un transformateur, un courant électrique circule dans une bobine de fil. Ce fil est appelé bobinage. Ce courant crée un champ magnétique. Le noyau est placé à l'intérieur de cette bobine. La perméabilité élevée du matériau du noyau contribue à rassembler ce champ magnétique. Le champ devient ainsi très puissant. Ce champ puissant crée alors un courant dans un deuxième enroulement. Si le noyau n'était pas bon, le champ magnétique serait faible et se disperserait. Un bon noyau permet au transformateur de faire son travail de manière beaucoup plus efficace. La perméabilité du noyau est un élément très important de sa construction.

Pourquoi un matériau de base à haute perméabilité est-il si important ?

Un matériau de noyau à haute perméabilité est très important. Il permet de créer un flux magnétique important en n'utilisant qu'une faible quantité de courant électrique. Cela est utile pour deux raisons principales. Premièrement, cela permet d'économiser de l'énergie. Vous n'avez pas besoin d'un courant important pour faire fonctionner le transformateur. Un courant plus faible signifie que moins d'énergie est gaspillée dans le circuit. Deuxièmement, cela permet de fabriquer un transformateur plus petit et moins lourd. Le noyau peut être plus petit parce que le matériau est très performant.

La principale fonction du noyau du transformateur est de permettre au flux magnétique de suivre un chemin simple. Un matériau à haute perméabilité présente une faible "résistance" au flux magnétique. Cela signifie que le flux créé par le courant primaire peut se déplacer facilement. Il traverse le noyau jusqu'au deuxième enroulement. C'est grâce à cette connexion solide qu'un transformateur fonctionne si bien, sans gaspillage. Un noyau ayant une perméabilité plus élevée entraînera une inductance plus élevée pour une bobine ayant le même nombre de tours. Cette inductance plus élevée permet de maintenir le courant de magnétisation à un faible niveau. Le courant de magnétisation est le courant dont vous avez besoin pour créer le flux dans le noyau.

Comment le matériau du noyau affecte-t-il le flux et le courant magnétiques ?

Le matériau du noyau est comme le cœur du transformateur. Le type de matériau que vous choisissez a un impact direct sur le flux magnétique et le courant dont vous avez besoin. Lorsque vous envoyez une tension à l'enroulement primaire, un petit courant commence à circuler. C'est ce qu'on appelle le courant de magnétisation. C'est ce courant qui crée le flux magnétique dans le noyau. Si le matériau du noyau présente une perméabilité élevée, un courant très faible peut générer un flux très important.

Ce lien entre le courant et le flux est très important. Un noyau parfait permettrait d'obtenir un flux magnétique gigantesque avec un courant presque nul. Les matériaux des noyaux réels ne sont pas parfaits, mais certains sont très bons. Un bon matériau de noyau garantit que la quasi-totalité du flux magnétique de la première bobine arrive à la deuxième bobine. Le transfert d'énergie d'un circuit à l'autre fonctionne donc très bien. Un mauvais matériau de noyau laisserait le flux magnétique s'échapper. Cela nécessiterait plus de courant et gaspillerait de l'énergie. L'impédance de l'enroulement primaire est également modifiée, car une perméabilité élevée entraîne une inductance et une impédance inductive élevées.

Quels sont les différents types de matériaux utilisés pour le noyau des transformateurs ?

Tous les matériaux de base ne sont pas fabriqués de la même manière. Le meilleur matériau pour un travail donné dépend d'éléments tels que le coût, la fréquence et le niveau de puissance. Certains matériaux courants sont bien meilleurs que d'autres pour des tâches spécifiques. Le choix du matériau de l'âme est une étape très importante de la conception.

Voici un tableau des matériaux les plus courants pour les noyaux de transformateurs et de leur utilisation :

Chaque matériau a sa propre valeur de perméabilité. Un noyau de fer est un bon choix pour de nombreux travaux à basse fréquence. Pour un circuit à haute fréquence, vous avez besoin d'un matériau comme la ferrite. L'utilisation d'un mauvais matériau de noyau à haute fréquence peut produire beaucoup de chaleur et entraîner d'importantes pertes de noyau.

Comment mesurer la perméabilité d'une carotte ?

Vous pouvez vous demander : "Comment mesurer la perméabilité d'un noyau ?". Il n'est pas possible de le savoir simplement en l'observant. Mais il existe une méthode spéciale pour déterminer cette qualité importante. Vous pouvez trouver la valeur en construisant un inducteur et en effectuant des relevés électriques. Tout d'abord, vous prenez le noyau que vous voulez tester. Ensuite, vous enroulez une bobine de fil autour de lui. Vous devez savoir combien de fois le fil fait le tour. Vous obtenez ainsi un inducteur simple.

Ensuite, vous envoyez une tension alternative à l'enroulement et mesurez le courant alternatif qui le traverse. En utilisant la tension et le courant, vous pouvez trouver l'impédance de l'inducteur. L'impédance d'un inducteur provient principalement de son inductance à une certaine fréquence. C'est pourquoi vous pouvez calculer l'inductance. Il existe une formule simple qui relie l'inductance, le nombre de spires, la taille du noyau et sa perméabilité. Vous pouvez modifier la formule pour résoudre la perméabilité du matériau du noyau. Cette façon de mesurer les qualités magnétiques est très utile. Pour la mesurer correctement, il faut que le courant soit faible. Cela permet de ne pas pousser le noyau jusqu'à la saturation.

Qu'est-ce que la courbe B-H et que peut-elle nous apprendre sur la perméabilité ?

La courbe B-H est un graphique particulier. Elle vous renseigne sur le matériau d'un noyau magnétique. C'est un outil très utile. Le "H" sur la ligne du bas représente l'intensité du champ magnétique. Vous pouvez l'assimiler au travail que vous effectuez. Il est produit par le courant dans la bobine. Le "B" sur la ligne qui monte sur le côté est la densité du flux. C'est le résultat de votre travail. Il indique la quantité de flux magnétique qui est comprimée dans le noyau.

Un bon matériau de base vous donnera un grand résultat (B) pour seulement un peu de travail (H). Cela signifie que la courbe B-H sera très raide à son point de départ. L'inclinaison de la ligne sur cette courbe correspond à la perméabilité. Une ligne qui monte plus vite signifie une perméabilité plus élevée. La courbe B-H indique également la limite de saturation. Après un certain point, la ligne sur le graphique devient plate. Cela signifie que même si vous envoyez plus de courant, vous ne pouvez pas obtenir beaucoup plus de flux dans le noyau. Le noyau est plein, c'est ce qu'on appelle la saturation. L'examen de cette courbe vous permet de connaître la limite de votre noyau. Cette courbe bh est différente pour chaque type de matériau.

Comment la fréquence affecte-t-elle le travail du matériau de base ?

La fréquence du courant alternatif fait une très grande différence pour le noyau d'un transformateur. Un matériau de noyau qui fonctionne très bien à basse fréquence peut être très mauvais à haute fréquence. Cela est dû aux pertes dans le noyau. À une fréquence plus élevée, certains types de pertes d'énergie à l'intérieur du noyau sont beaucoup plus importants. Cette énergie perdue se transforme en chaleur. La chaleur est néfaste pour le circuit du transformateur.

Les deux principaux problèmes à haute fréquence sont l'hystérésis et les courants de Foucault. La perte par hystérésis se produit parce qu'il faut de l'énergie pour inverser le champ magnétique dans le noyau. Cela se produit à chaque cycle du courant alternatif. L'autre problème est celui des courants de Foucault. Il s'agit de petits courants électriques qui tournent en rond à l'intérieur du matériau du noyau lui-même. Ils sont générés par le changement de flux magnétique. Ces courants ne font rien de bon. Ils ne font que produire de la chaleur et gaspiller de l'énergie. Les matériaux comme la ferrite ont une résistance électrique très élevée, ou résistivité. Cette qualité permet d'arrêter les courants de Foucault. Ils constituent donc un bon choix pour une utilisation à haute fréquence. Un noyau de fer deviendrait très chaud à haute fréquence.

Que sont les pertes dans les carottes et quel est leur lien avec la perméabilité ?

Les pertes dans le noyau sont comme une taxe sur l'énergie utilisée par votre transformateur. Elles correspondent à l'énergie perdue dans le noyau. La plupart de cette énergie perdue se transforme en chaleur. Un transformateur qui a des pertes élevées dans le noyau n'est pas très performant. Vous devez choisir un matériau de noyau qui a de faibles pertes de noyau pour la fréquence que vous utilisez. La perméabilité est liée à cela, mais une perméabilité élevée ne signifie pas toujours que les pertes seront faibles.

Il existe deux types principaux de pertes de base que vous devez connaître :

• Perte d'hystérésis : Cette perte provient de l'énergie nécessaire pour magnétiser puis démagnétiser le matériau du noyau au cours de chaque cycle de courant alternatif. L'espace à l'intérieur de la boucle B-H sur la courbe B-H indique la perte d'hystérésis. Un matériau dont la boucle B-H est mince présente une faible perte par hystérésis.
• Perte par courants de Foucault : Cette perte est due à de minuscules courants en forme de cercle. Le flux magnétique changeant crée ces courants à l'intérieur du noyau. Ils circulent parce que le matériau du noyau peut transporter de l'électricité. Ils ne font aucun travail utile et ne produisent que de la chaleur. Pour réduire les courants de Foucault, de nombreux noyaux sont construits à partir de feuilles minces séparées. Cette construction est appelée laminations. Il interrompt la trajectoire du courant.

Il est très important de choisir un matériau d'âme dont les qualités permettent de réduire ces pertes. Le bon matériau de noyau permet d'obtenir une perméabilité élevée et de faibles pertes de noyau à la fréquence à laquelle il fonctionnera.

Perméabilité relative et perméabilité absolue : Quelle est la différence ?

Vous pouvez entendre deux noms pour la perméabilité : relative et absolue. Ces deux notions sont liées, mais elles mesurent les choses d'une manière légèrement différente. Il est facile de comprendre la différence. Perméabilité absolue est la perméabilité de l'espace vide. Il s'agit d'un nombre de base en science qui ne change pas. Son symbole est μ₀. Sa valeur est très faible et fixe. C'est le point de départ de la mesure de tous les champs magnétiques.

Perméabilité relative est ce dont on parle généralement lorsqu'il est question d'un matériau central. Son symbole est μᵣ. Il indique combien de fois un matériau est plus apte à transporter un flux magnétique qu'un espace vide. Par exemple, si un matériau a une perméabilité relative de 2 000, cela signifie qu'il peut concentrer un champ magnétique 2 000 fois mieux que l'espace vide. Une formule simple permet de déterminer la perméabilité absolue d'un matériau. Il suffit de multiplier sa perméabilité relative par la perméabilité absolue du vide. Pour la plupart des travaux, ce dont vous avez réellement besoin, c'est de la perméabilité relative. Elle vous permet de comparer un matériau central à un autre.

Comment choisir le meilleur noyau magnétique pour votre transformateur ?

Choisir le bon noyau magnétique peut sembler difficile. Mais c'est simple si vous connaissez les bonnes questions à poser. Vous devez faire correspondre le matériau du noyau et sa forme au travail que votre circuit doit effectuer. Un bon noyau vous donnera l'inductance dont vous avez besoin. Il supportera également la bonne quantité de courant sans atteindre la saturation. Enfin, il maintiendra les pertes du noyau à un niveau bas. La forme du noyau (toroïdale ou en pot) fait également partie de la construction.

Voici les éléments les plus importants à prendre en compte lors du choix d'une carotte :

• Fréquence de fonctionnement : S'agit-il d'un travail à basse fréquence, comme dans une alimentation électrique ? Ou à haute fréquence, comme dans un circuit radio ? C'est la question la plus importante. Elle vous aidera à choisir parmi une liste plus restreinte de matériaux.
• Perméabilité nécessaire : Faut-il une perméabilité très élevée pour obtenir une inductance élevée sur une petite surface ? Ou une valeur de perméabilité plus faible est-elle suffisante ?
• Limite de saturation : Quelle quantité de courant passera à travers l'enroulement ? Vous devez choisir un noyau qui n'atteindra pas la saturation à cause de ce courant. Vous pouvez vérifier la courbe B-H du matériau du noyau pour trouver cette limite.
• Pertes de base : Est-il important que le circuit fonctionne bien sans perte ? Si vous voulez produire moins de chaleur et économiser de l'énergie, recherchez un matériau qui présente de faibles pertes par hystérésis et courants de Foucault à votre fréquence de travail.
• Taille et forme : Le noyau doit être de la bonne taille pour votre conception. Les formes les plus courantes sont le noyau toroïdal, le noyau en E et le noyau en pot. La forme peut également contribuer à protéger l'enroulement d'un champ magnétique externe.

Ces réflexions vous aideront à choisir le meilleur noyau pour votre circuit électrique. Le bon noyau fera fonctionner votre inducteur ou votre transformateur comme vous le souhaitez.

Ce qu'il faut retenir

• Perméabilité La perméabilité est la capacité d'un matériau à retenir un champ magnétique. Une perméabilité élevée est souvent ce que l'on recherche.
• Une grande perméabilité noyau vous permet d'obtenir un fort magnétisme flux avec une très petite actuel.
• Le Courbe B-H est un graphique qui vous montre les perméabilité et saturation limite d'un matériau de base.
• Pertes de base (comme l'hystérésis et les courants de Foucault) gaspillent de l'énergie en produisant de la chaleur. chaleur. Elles s'aggravent au fur et à mesure que la fréquence augmente.
• Choisir un matériau de base en fonction du fonctionnement de votre circuit fréquence pour obtenir le meilleur résultat.
• Perméabilité relative est un nombre qui compare un matériel à l'espace vide. C'est le plus utile valeur pour comparer différents cœurs.