Pertes dans les transformateurs | Pertes cuivre vs pertes fer & conseils de réduction

Les transformateurs subissent divers types de pertes pendant leur fonctionnement, principalement classées en deux catégories principales : les pertes cuivre et les pertes fer.

Pertes Cuivre

Les pertes cuivre, également appelées pertes I²R, sont causées par la résistance électrique des enroulements du transformateur, généralement en cuivre. Lorsque le courant circule dans les enroulements, l'énergie est dissipée sous forme de chaleur. Ces pertes sont proportionnelles au carré du courant de charge (I²R), ce qui signifie qu'elles augmentent considérablement avec des niveaux de courant plus élevés.

Pour minimiser les pertes cuivre :

• Utilisez des conducteurs plus épais ou des matériaux à plus haute conductivité électrique pour réduire la résistance des enroulements.

• Faites fonctionner le transformateur à ou près de sa charge optimale pour éviter un courant excessif.

• Améliorez l'efficacité opérationnelle globale en minimisant le chargement inutile et en optimisant la conception du système.

Pertes Fer

Les pertes fer, ou pertes noyau, se produisent dans le noyau magnétique du transformateur en raison du flux magnétique alternatif. Ces pertes sont indépendantes de la charge et restent relativement constantes dans des conditions de fonctionnement normales. Les pertes fer comprennent deux composantes :

• Perte d'Hystérésis : Elle résulte de la magnétisation et de la démagnétisation répétées du matériau du noyau sous courant alternatif. L'énergie est perdue sous forme de chaleur en raison de la friction interne des domaines magnétiques. L'utilisation de matériaux de noyau avec une boucle d'hystérésis étroite, tels que l'acier silicium orienté, peut réduire considérablement cette perte.

• Perte par Courants de Foucault : Les champs magnétiques alternatifs induisent des courants circulants (courants de Foucault) dans le noyau, entraînant un chauffage résistif. Ces pertes sont minimisées en construisant le noyau à partir de laminations fines et isolées orientées parallèlement au flux magnétique, ce qui restreint le parcours des courants de Foucault. Des conceptions de noyau avancées et des matériaux à haute résistivité aident également à réduire les pertes par courants de Foucault.

Stratégies pour Réduire les Pertes des Transformateurs

La réduction des pertes des transformateurs améliore l'efficacité, réduit les coûts de fonctionnement et prolonge la durée de vie de l'équipement. Les mesures clés incluent :

• Sélectionner des Transformateurs à Haute Efficacité : Les transformateurs modernes à haute efficacité utilisent des matériaux avancés et des conceptions optimisées pour minimiser les pertes cuivre et fer.

• Optimiser la Conception : Une sélection minutieuse des matériaux de noyau, des configurations d'enroulement et des systèmes de refroidissement peut réduire considérablement les pertes totales.

• Effectuer une Maintenance Régulière : Des inspections et une maintenance régulières, telles que le nettoyage des enroulements, la vérification des systèmes de refroidissement et le maintien de la qualité de l'huile dans les transformateurs à huile, garantissent un fonctionnement continu et efficace.

• Éviter le Surcharge : Un surcharge excessive augmente les pertes cuivre et le stress thermique, accélérant la dégradation de l'isolation et réduisant la fiabilité.

• Ajuster la Capacité à la Charge : Le dimensionnement approprié du transformateur en fonction de la demande réelle de charge empêche les inefficacités sous charge légère et réduit les pertes à vide.

En conclusion, la minimisation des pertes des transformateurs est essentielle pour la conservation de l'énergie et le fonctionnement fiable des systèmes de puissance. Par conséquent, la réduction des pertes doit être une considération clé dans la sélection, la conception et le fonctionnement continu des transformateurs.