Salut! En tant que fournisseur de transformateurs moyenne fréquence, on me demande souvent comment calculer la perte totale dans ces transformateurs. C'est un aspect crucial, surtout pour ceux qui cherchent à optimiser leurs systèmes électriques. Alors, allons-y et décomposons-le.
Tout d’abord, nous devons comprendre quelles sont les pertes dans un transformateur moyenne fréquence. Il en existe principalement deux types : les pertes dans le cœur et les pertes dans le cuivre.
Les pertes dans le noyau, également appelées pertes dans le fer, se produisent dans le noyau magnétique du transformateur. Ces pertes sont ensuite divisées en pertes par hystérésis et pertes par courants de Foucault.
Les pertes par hystérésis se produisent en raison de la magnétisation et de la démagnétisation répétées du matériau du noyau. Chaque fois que le champ magnétique du noyau change de direction, les domaines magnétiques du noyau doivent se réaligner. Ce processus de réalignement consomme de l’énergie et cette énergie est perdue sous forme de chaleur. L'ampleur de la perte par hystérésis dépend du type de matériau du noyau et de la fréquence du courant alternatif. Par exemple, si vous utilisez un matériau de noyau de haute qualité et à faible hystérésis, les pertes seront relativement faibles.
Les pertes par courants de Foucault, quant à elles, sont causées par les courants induits dans le noyau. Lorsque le champ magnétique dans le noyau change, il induit des courants de circulation, appelés courants de Foucault, dans le matériau du noyau. Ces courants de Foucault traversent la résistance du noyau et génèrent de la chaleur, entraînant une perte d’énergie. Pour réduire les pertes par courants de Foucault, le noyau est généralement constitué de tôles laminées. Les tôles sont isolées les unes des autres, ce qui augmente la résistance du trajet aux courants de Foucault et réduit ainsi les pertes.
Parlons maintenant des pertes de cuivre. Ces pertes se produisent dans les enroulements du transformateur. Lorsque le courant circule dans les enroulements en cuivre, il y a une résistance dans le fil. Selon la loi d'Ohm (V = IR), lorsque le courant (I) traverse une résistance (R), la puissance est dissipée sous forme de chaleur (P = I²R). Ainsi, les pertes de cuivre dépendent du carré du courant circulant dans les enroulements et de la résistance des enroulements. La résistance des enroulements peut être affectée par des facteurs tels que la section transversale du fil et la longueur du fil. Un fil plus épais aura une résistance plus faible et donc des pertes de cuivre moindres.
Pour calculer la perte totale dans un transformateur moyenne fréquence, nous additionnons simplement les pertes dans le noyau et les pertes dans le cuivre.
Commençons par calculer les pertes de base. La formule de la perte par hystérésis (Ph) est donnée par :
Ph = Kh * f * Bm^n * V
où Kh est la constante d'hystérésis, qui dépend du matériau du noyau, f est la fréquence du courant alternatif, Bm est la densité de flux maximale dans le noyau, n est l'exposant de Steinmetz (généralement entre 1,5 et 2,5 selon le matériau) et V est le volume du noyau.
La formule de la perte par courants de Foucault (Pe) est :
Pe = I * f² * Bm² * t² * V
où Ke est la constante des courants de Foucault, t est l'épaisseur du feuilletage.
La perte totale du cœur (Pc) est alors Pc = Ph+Pe
Pour les pertes en cuivre, si l'on connaît le courant (I) circulant dans le bobinage et la résistance (R) du bobinage, la perte en cuivre (Pcu) est donnée par Pcu = I²R.
La perte totale (Pt) dans le transformateur est Pt = Pc + Pcu
Il est important de noter que ces calculs sont basés sur des conditions idéales. Dans des scénarios réels, d'autres facteurs peuvent affecter les pertes, tels que des pertes parasites. Les pertes parasites sont causées par des flux de fuite qui interagissent avec les structures et composants environnants, entraînant une dissipation d'énergie supplémentaire.
Lorsque vous choisissez un transformateur moyenne fréquence, il est crucial de comprendre ces pertes. Un transformateur avec des pertes plus faibles sera plus économe en énergie, ce qui peut vous faire économiser beaucoup d'argent à long terme. Par exemple, si vous utilisez un transformateur dans un environnement industriel où il fonctionne en continu, même une petite réduction des pertes peut entraîner des économies substantielles au fil du temps.
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Références
- Fondamentaux des machines électriques par Stephen J. Chapman
- Analyse et conception du système électrique par J. Duncan Glover, Mulukutla S. Sarma et Thomas J. Overbye