Les pertes dans le noyau, également appelées pertes dans le fer, se produisent dans un transformateur en raison des caractéristiques inhérentes du matériau du noyau magnétique utilisé dans sa construction. Ces pertes peuvent être classées en deux types principaux : les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault.
- Pertes par hystérésis :
- Hystérésis magnétique : lorsque le champ magnétique dans le noyau du transformateur est soumis à un courant alternatif (AC), les domaines magnétiques à l’intérieur du matériau du noyau subissent des changements cycliques. Le phénomène d’hystérésis se produit lorsque les domaines magnétiques se réalignent constamment avec la direction changeante du champ magnétique.
- Dissipation d’énergie : L’inversion continue de la magnétisation provoque des pertes d’énergie sous forme de chaleur. Cette dissipation d’énergie, appelée perte par hystérésis, est directement proportionnelle à la surface de la boucle d’hystérésis, qui représente l’énergie perdue au cours de chaque cycle.
- Pertes par courants de Foucault :
- Courants de Foucault : à mesure que le flux magnétique change dans le noyau du transformateur, des courants induits circulent dans le matériau du noyau en raison de la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique. Ces courants circulants, appelés courants de Foucault, créent des champs magnétiques localisés dans le noyau.
- Résistance et chauffage : les courants de Foucault rencontrent une résistance dans le matériau du noyau, conduisant à un chauffage résistif. Cette résistance est principalement causée par la conductivité finie du matériau du noyau. La perte de puissance due aux courants de Foucault est proportionnelle au carré de l’amplitude du courant et est influencée par des facteurs tels que l’épaisseur du noyau et la fréquence du courant alternatif appliqué.
Ces pertes dans le noyau contribuent à l’inefficacité globale du transformateur en convertissant une partie de l’énergie électrique en chaleur. Bien qu’un certain niveau de perte dans le noyau soit inévitable, les concepteurs de transformateurs visent à minimiser ces pertes afin d’améliorer l’efficacité du transformateur. Plusieurs stratégies sont utilisées pour atténuer les pertes de base :
- Sélection du matériau du noyau : le choix d’un matériau de noyau magnétique avec une hystérésis et des pertes par courants de Foucault plus faibles permet de minimiser les pertes globales du noyau. Les alliages d’acier au silicium sont couramment utilisés pour les noyaux de transformateurs en raison de leurs propriétés magnétiques favorables.
- Laminages du noyau : Le noyau du transformateur est souvent construit à l’aide de stratifications du matériau choisi. Les tôles aident à réduire les pertes par courants de Foucault en interrompant les chemins continus des courants de circulation.
- Fonctionnement à des fréquences inférieures : réduire la fréquence de l’alimentation CA réduit les pertes par courants de Foucault. C’est l’une des raisons pour lesquelles les transformateurs sont plus efficaces à des fréquences plus basses, telles que celles rencontrées dans les systèmes de distribution d’énergie.
- Refroidissement du noyau : la mise en œuvre de mécanismes de refroidissement, tels que le refroidissement à l’huile ou le refroidissement à air forcé, aide à dissiper la chaleur générée par les pertes du noyau et empêche la surchauffe du transformateur.
En résumé, les pertes dans le noyau des transformateurs sont une conséquence inhérente des propriétés magnétiques du matériau du noyau et de la nature alternative du courant appliqué. Minimiser ces pertes est crucial pour optimiser l’efficacité et les performances des transformateurs dans diverses applications.
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