Choix de transformateurs de distribution à haute efficacité énergétique

Définition des pertes de transformateur

Les pertes de transformateur peuvent être principalement classées en deux types : les pertes à vide et les pertes sous charge. Ces pertes sont omniprésentes dans tous les types de transformateurs, indépendamment de leurs scénarios d'application ou de leur puissance nominale.

Cependant, il existe deux types supplémentaires de pertes : les pertes supplémentaires induites par les harmoniques, et les pertes qui sont particulièrement pertinentes pour les grands transformateurs – les pertes de refroidissement ou auxiliaires, qui résultent de l'utilisation d'équipements de refroidissement tels que les ventilateurs et les pompes.

Pertes à vide

Ces pertes se produisent dans le noyau du transformateur chaque fois qu'il est alimenté (même lorsque le circuit secondaire est ouvert). Aussi connues sous le nom de pertes fer ou pertes de noyau, elles restent constantes.
Les pertes à vide comprennent :

Pertes par hystérésis

Ces pertes sont causées par le mouvement frottant des domaines magnétiques au sein des laminations du noyau lorsqu'ils sont aimantés et désaimantés par le champ magnétique alternatif. Elles dépendent du type de matériau utilisé pour le noyau.

Les pertes par hystérésis représentent généralement plus de la moitié des pertes totales à vide (environ 50% à 70%). Dans le passé, cette proportion était plus faible (en raison d'une contribution plus importante des pertes par courants de Foucault, surtout dans des feuilles relativement épaisses n'ayant pas subi de traitement laser).

Pertes par courants de Foucault

Ces pertes sont induites par des champs magnétiques variables qui génèrent des courants de Foucault dans les laminations du noyau, produisant ainsi de la chaleur.
Ces pertes peuvent être atténuées en construisant le noyau à partir de fines feuilles laminées isolées les unes des autres par une fine couche de vernis pour réduire les courants de Foucault. Actuellement, les pertes par courants de Foucault représentent généralement 30% à 50% des pertes totales à vide. Lors de l'évaluation des efforts visant à améliorer l'efficacité des transformateurs de distribution, les progrès les plus significatifs ont été réalisés dans la réduction de ces pertes.
Il y a également de légères pertes parasites et diélectriques dans le noyau du transformateur, qui représentent généralement moins de 1% des pertes totales à vide.

Pertes sous charge

Ces pertes sont communément appelées pertes cuivre ou pertes en court-circuit. Les pertes sous charge varient en fonction des conditions de charge du transformateur.
Les pertes sous charge comprennent :

Pertes thermiques ohmiques

Parfois appelées pertes cuivre, car c'est le composant résistif dominant des pertes sous charge. Cette perte se produit dans les enroulements du transformateur et est due à la résistance du conducteur.
L'ampleur de ces pertes augmente proportionnellement au carré du courant de charge et est également proportionnelle à la résistance de l'enroulement. Elle peut être réduite en augmentant la section transversale du conducteur ou en raccourcissant la longueur de l'enroulement. L'utilisation du cuivre comme conducteur aide à équilibrer le poids, la taille, le coût et la résistance ; l'augmentation du diamètre du conducteur dans les limites des autres contraintes de conception peut encore réduire les pertes.

Pertes par courants de Foucault dans le conducteur

Les courants de Foucault, résultant des champs magnétiques du courant alternatif, se produisent également dans les enroulements. La réduction de la section transversale du conducteur peut diminuer les courants de Foucault, c'est pourquoi des conducteurs multicâbles sont utilisés pour atteindre la résistance requise tout en contrôlant les pertes par courants de Foucault.

Cela peut être évité en utilisant un conducteur transposé en continu (CTC). Dans un CTC, les brins sont fréquemment transposés pour équilibrer les différences de flux et égaliser la tension.