Pertes de transformateur – Pertes de charge et Pertes à vide
Une certaine quantité d’énergie est perdue pendant le processus de transformation de tension dans un transformateur. Le courant circule dans un enroulement du transformateur et le champ magnétique alternatif dans le noyau contribue à la majorité des pertes du transformateur. Apprenons en détail, les différentes pertes de transformateur.
Types de pertes de transformateur
- Pertes à vide
- Pertes de noyau ou pertes de fer
- Perte d’hystérésis
- Perte de courant de Foucault
- Pertes perdues
- Pertes diélectriques
- Pertes de cuivre dues à des pertes à vide
- Pertes de noyau ou pertes de fer
- Perte de charge ou Perte de cuivre
Pertes à vide
Toutes les pertes de transformateur qui sont toujours constantes, quelles que soient les variations de charge, sont appelées pertes à vide. Ils ne varient pas en fonction de la charge sur un transformateur. Même une faible réduction des pertes à vide peut entraîner des économies d’énergie importantes dans les gros transformateurs.
Pertes de noyau ou pertes de fer
Des pertes de noyau se produisent dans le noyau en acier du transformateur en raison du courant magnétisant nécessaire pour alimenter le noyau. Le courant de magnétisation reste le même à vide et à pleine charge. Les pertes de noyau sont également connues sous le nom de pertes de fer dans les transformateurs. Les pertes de cœur constituent deux composantes : les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault.
Pertes d’hystérésis
Pertes d’hystérésis c’est le contributeur le plus élevé aux pertes de base. Le noyau d’un transformateur est constitué de matériaux ferromagnétiques tels que l’acier au silicium. Lorsqu’elles sont placées dans un champ magnétique, les molécules qu’elles contiennent sont orientées vers une direction en fonction de la polarité du champ. Mais le champ magnétique produit par un courant alternatif varie à une fréquence de 50Hz ou 60Hz. Par conséquent, les molécules résistent à un changement si rapide de l’aimantation. Cette résistance au changement d’aimantation entraîne une perte d’énergie sous forme de chaleurs dans le noyau. L’énergie perdue en raison de l’hystérésis est connue sous le nom de perte d’hystérésis. La perte d’hystérésis est déterminée par la nuance des tôles d’acier utilisées pour le noyau.
Perte de courant de Foucault
Le champ magnétique alternatif induit des courants de circulation dans chaque laminage d’acier du noyau. Ces courants ne contribuent pas au transfert d’énergie entre les enroulements primaire et secondaire mais sont dissipés sous forme de chaleur dans le coeur. Les courants induits sont appelés courants de Foucault et la perte de puissance qu’ils provoquent est appelée perte de courant de Foucault.
La perte de courant de Foucault dans un transformateur est directement proportionnelle à l’épaisseur des tôles, au carré de la fréquence d’alimentation et au carré de la densité de flux.
Pertes par courants de Foucault parasites
Le terme pertes par courants de Foucault parasites désigne les pertes supplémentaires survenant dans les transformateurs à la suite de courants de Foucault induits dans des parties métalliques d’un transformateur à l’exclusion du noyau du transformateur. Cela inclut les pertes par courants de Foucault dans les colliers de serrage, les boulons, le réservoir du transformateur et même les enroulements du transformateur lui-même.
Pertes diélectriques
Une certaine quantité d’énergie est perdue dans les matériaux isolants, en particulier dans l’huile du transformateur.
Les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault représentent ensemble 90% des pertes à vide, tandis que les pertes par courants de Foucault parasites, les pertes diélectriques et les pertes de cuivre dues aux pertes à vide représentent les 10% restants.
La perte de cuivre due au courant à vide est faible et par conséquent souvent négligée. Les pertes à vide dépendent principalement de la tension et de la fréquence, de sorte que dans des conditions de fonctionnement, elles ne varient que légèrement avec les variations du système. Les pertes à vide du transformateur peuvent être réduites en construisant le noyau à l’aide de matériaux de noyau en acier magnétique de haute qualité et en optimisant les dimensions du noyau.
Perte de charge ou perte de cuivre (perte I2R)
La perte de charge ou la perte de cuivre se produit dans les bobines primaires et secondaires des transformateurs, est le résultat de la résistance de la bobine. Il dépend de la charge. Il est proportionnel au carré du courant et de la résistance des bobines. Il est également connu sous le nom de perte I2R.
Soit Ip et Rp le courant primaire et la résistance de bobine respectivement et Is et Rs le courant primaire et la résistance de bobine respectivement. Ensuite, le total est donné par
Perte totale de cuivre = Ip2Rp + Is2Rs
Étant donné que les pertes de cuivre dépendent de la résistance de la bobine, il est nécessaire de dimensionner correctement les conducteurs de la bobine pour limiter la résistance de la bobine.
Les pertes du transformateur peuvent être réduites par une conception soignée et un dimensionnement approprié de ses composants. La perte de puissance dans un transformateur est inévitable. Même un transformateur sous tension, mais non connecté à la charge, gaspille de l’énergie sous forme de pertes à vide. La perte totale de puissance dans un transformateur est donnée par la formule suivante.
Pertes totales du transformateur = Pertes de noyau + Pertes de cuivre
Les pertes de noyau et les pertes de cuivre peuvent être déterminées en effectuant des tests en circuit ouvert et en court-circuit dans un transformateur.
En savoir plus : Test en circuit ouvert & Test de court-circuit dans les transformateurs