Les transformateurs, comme tous les appareils électriques, subissent des pertes de puissance pendant leur fonctionnement. Alors que les transformateurs idéaux seraient sans perte, les transformateurs du monde réel subissent des pertes de puissance qui se manifestent sous forme de chaleur, nécessitant des solutions de refroidissement. Les principaux types de pertes de puissance dans les transformateurs sont les pertes résistives, les pertes par courants de Foucault, les pertes par hystérésis et les pertes de flux.
Perte résistive
La perte résistive, également connue sous le nom de perte \(I^2R\) ou perte de cuivre, se produit en raison de la résistance des enroulements en cuivre du transformateur. Les hautes fréquences provoquent une migration des électrons vers la surface du conducteur (effet de peau), augmentant ainsi la perte résistive. Ce type de perte est le même que dans n'importe quel conducteur et se calcule à l'aide de la formule :
P = I²R
Où:
P est la perte de puissance (en watts, W)
I est le courant (en ampères, A)
R est la résistance (en ohms, Ω)
Exemple:
Si l'enroulement primaire d'un transformateur est constitué de 100 pieds de fil de cuivre 12 transportant 15 A, la perte résistive peut être calculée. Étant donné que le fil de cuivre 12 a une résistance de 1,588 Ω pour 1 000 pieds à température ambiante, la résistance de 100 pieds du fil est de 0,1588 Ω.
P = I²R = 15² × 0,1588 = 35,7 W
Par conséquent, l’enroulement primaire du transformateur gaspille 35,7 W sous forme de chaleur.
Perte par courants de Foucault
La perte par courants de Foucault résulte des courants induits dans les parties métalliques du transformateur par la modification des champs magnétiques. Ces courants génèrent de la chaleur au sein du noyau. La perte augmente avec le carré de la fréquence, ce qui signifie que les harmoniques plus élevées augmentent considérablement les effets de chauffage. Cette perte est minimisée en construisant le noyau à partir de tôles fines et isolées d'alliages silicium-fer ou nickel-fer, qui limitent le flux de courant au sein des tôles individuelles, réduisant ainsi les courants de Foucault globaux.
Perte d'hystérésis
La perte d'hystérésis est due au retard magnétique dans le matériau du noyau du transformateur après la suppression de la force magnétisante. Les domaines magnétiques à l'intérieur du matériau s'alignent sur le champ magnétique, consommant de l'énergie lorsque la polarité du champ change. Ce réalignement, exacerbé par les harmoniques, provoque des frottements et de la chaleur. L’utilisation de matériaux de noyau magnétique hautement perméables peut réduire la perte par hystérésis.
Perte de flux
La perte de flux se produit lorsque certaines lignes de flux magnétique de l'enroulement primaire ne traversent pas le noyau jusqu'à l'enroulement secondaire, ce qui entraîne une perte de puissance. Cela peut se produire en raison de la saturation du noyau ou de la réticence inhérente du noyau par rapport à l'air. Dans les transformateurs bien conçus, la perte de flux est minime.
Efficacité du transformateur
L'efficacité du transformateur est le rapport entre la puissance de sortie du transformateur et sa puissance d'entrée, généralement exprimé en pourcentage. Il reflète l’impact de toutes les pertes de puissance.
η= Moue/Broche ×100 %
Où:
η est le rendement du transformateur (en %)
Pout est la puissance de sortie (en W)
La broche est la puissance d'entrée (en W)
Exemple:
Pour un transformateur d'une puissance de sortie de 1 500 W et d'une puissance d'entrée de 1 525 W :
η = 1 500 W/1 525 W × 100 % = 98,36 %
Les transformateurs de puissance ont généralement des rendements allant de 97 % à 99 %. La puissance d'entrée totale est égale à la somme de la puissance de sortie et des différentes pertes (résistives, courants de Foucault, hystérésis et pertes de flux).
Cette explication révisée couvre les aspects essentiels de l'efficacité du transformateur et des pertes de puissance, offrant une compréhension claire et concise du sujet.
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