Quels sont les avantages et les inconvénients de l'utilisation de matériaux ferromagnétiques dans les transformateurs

Avantages

• Perméabilité magnétique élevée : Les matériaux ferromagnétiques ont une perméabilité magnétique élevée, ce qui signifie qu'ils peuvent générer une grande intensité d'induction magnétique sous un champ magnétique relativement faible. Dans un transformateur, l'utilisation de matériaux ferromagnétiques pour le noyau permet de concentrer la majeure partie du champ magnétique généré par les enroulements à l'intérieur du noyau, améliorant ainsi l'effet de couplage du champ magnétique. Cela, à son tour, améliore l'efficacité de conversion électromagnétique du transformateur, lui permettant de transférer et de transformer l'énergie électrique plus efficacement.

• Faibles pertes par hystérésis : L'hystérésis désigne le phénomène où le changement d'intensité d'induction magnétique est retardé par rapport au changement de force du champ magnétique dans un matériau magnétique soumis à un champ magnétique alternatif, entraînant une perte d'énergie. Les matériaux ferromagnétiques comme les tôles en acier silicium ont une boucle d'hystérésis relativement petite. Cela indique qu'en présence d'un champ magnétique alternatif, la perte d'énergie due au phénomène d'hystérésis est relativement faible, ce qui aide à améliorer l'efficacité du transformateur et à réduire le gaspillage d'énergie.

• Faibles pertes par courants de Foucault : Lorsqu'un transformateur est en fonctionnement, le champ magnétique alternatif induit un courant électrique, appelé courant de Foucault, dans le noyau. Ces courants de Foucault font chauffer le noyau et entraînent une perte d'énergie. En utilisant des matériaux ferromagnétiques à haute résistivité et en fabriquant le noyau en fines feuilles (comme les tôles en acier silicium) isolées les unes des autres, on peut réduire efficacement le trajet des courants de Foucault, diminuant ainsi les pertes par courants de Foucault et améliorant les performances et la fiabilité du transformateur.

• Bonnes caractéristiques de saturation : Les matériaux ferromagnétiques peuvent maintenir de bonnes propriétés magnétiques linéaires dans une certaine plage de force du champ magnétique et n'atteignent l'état de saturation que lorsque la force du champ magnétique atteint une certaine valeur. Cette caractéristique permet au transformateur de transférer l'énergie électrique de manière stable pendant son fonctionnement normal. De plus, en cas de situations anormales telles que le surcharge, la caractéristique de saturation du noyau peut limiter l'augmentation supplémentaire du courant du transformateur, offrant une certaine protection.

Inconvénients

• Pertes par hystérésis et courants de Foucault : Bien que les pertes par hystérésis et courants de Foucault des matériaux ferromagnétiques soient relativement faibles, lors d'un fonctionnement prolongé du transformateur, ces pertes produisent encore de la chaleur, faisant monter la température du transformateur. Pour assurer le fonctionnement normal du transformateur, des mesures de dissipation thermique efficaces doivent être prises, ce qui augmente les coûts de conception et de fabrication du transformateur.

• Poids élevé : Les matériaux ferromagnétiques ont une densité relativement élevée. L'utilisation de matériaux ferromagnétiques pour fabriquer le noyau du transformateur augmente le poids total du transformateur. Cela ne pose pas seulement des difficultés pour le transport et l'installation du transformateur, mais peut également nécessiter une structure de support plus robuste, augmentant encore les coûts.

• Influence significative de la température : Les propriétés magnétiques des matériaux ferromagnétiques sont affectées par la température. Lorsque la température de fonctionnement du transformateur augmente, la perméabilité magnétique du matériau ferromagnétique diminue, et les pertes par hystérésis et courants de Foucault augmentent, ce qui affecte les performances et l'efficacité du transformateur. Par conséquent, lors de la conception d'un transformateur, il faut prendre en compte l'influence de la température sur les propriétés des matériaux ferromagnétiques et adopter des mesures de compensation thermique appropriées.

• Génération possible de bruit : Lors du fonctionnement du transformateur, en raison de l'effet de magnétostriction du noyau, le matériau ferromagnétique se met à vibrer mécaniquement, générant du bruit. Ce bruit non seulement affecte l'environnement alentour, mais peut également impacter la durée de vie et la fiabilité du transformateur. Pour réduire le bruit, des processus de conception et de fabrication spéciaux, tels que l'utilisation de matériaux de noyau à faible bruit et l'optimisation de la structure du noyau, doivent être adoptés.