La perte la plus importante dans un transformateur est généralement la perte en cuivre, également appelée perte I²R. Ce type de perte est dû à la résistance des enroulements du transformateur au flux de courant électrique. Lorsque le courant traverse les enroulements, la résistance provoque un échauffement proportionnel au carré du courant (I²) multiplié par la résistance (R). Les pertes de cuivre représentent une part importante des pertes totales dans un transformateur, en particulier dans des conditions de pleine charge où le flux de courant est le plus élevé.
La perte maximale dans les transformateurs est souvent la perte de noyau, qui comprend à la fois la perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault. La perte par hystérésis se produit parce que les matériaux magnétiques du noyau du transformateur (généralement de l’acier au silicium) subissent une perte d’énergie lorsqu’ils se magnétisent et se démagnétisent de manière répétée en réponse au courant alternatif. La perte par courants de Foucault, quant à elle, résulte des courants induits dans le matériau du noyau en raison du changement du champ magnétique. Ensemble, ces pertes dans le noyau peuvent être substantielles, en particulier dans les gros transformateurs fonctionnant à des fréquences plus élevées.
Les transformateurs subissent quatre principaux types de pertes : la perte de cuivre (perte I²R), la perte de noyau (y compris les pertes par hystérésis et par courants de Foucault), la perte de charge parasite et la perte diélectrique. La perte de cuivre se produit dans les enroulements en raison de la résistance électrique. Les pertes du noyau font référence à l’énergie dissipée dans le matériau du noyau en raison de l’hystérésis et des courants de Foucault. La perte de charge parasite comprend les pertes d’éléments structurels, les flux de fuite et les vibrations mécaniques. La perte diélectrique implique une dissipation d’énergie dans les matériaux isolants utilisés dans le transformateur.
La perte totale d’un transformateur englobe toutes les pertes mentionnées : perte de cuivre, perte de noyau (hystérésis et courants de Foucault), perte de charge parasite et perte diélectrique. Ces pertes réduisent collectivement l’efficacité du transformateur, car une partie de l’énergie électrique d’entrée est convertie en chaleur plutôt que d’être transférée à la charge sous forme d’énergie électrique utile. Minimiser ces pertes est crucial pour améliorer l’efficacité et la fiabilité du fonctionnement des transformateurs, en particulier dans les applications où les économies d’énergie et la rentabilité sont primordiales.
Il y a généralement six pertes prises en compte dans le fonctionnement du transformateur : perte de cuivre (I²R), perte de noyau (hystérésis et courants de Foucault), perte de charge parasite, perte diélectrique, perte de charge et perte à vide. La perte de charge fait référence aux pertes de cuivre et de charge parasite se produisant dans des conditions de charge, tandis que la perte à vide comprend les pertes de noyau et de charge parasite lorsque le transformateur est inactif mais sous tension. Ces pertes contribuent à l’inefficacité globale des transformateurs et sont gérées grâce à l’optimisation de la conception, à la sélection des matériaux et à des stratégies opérationnelles visant à améliorer les performances et la fiabilité.
