Les noyaux et les enroulements sont des composants essentiels des transformateurs de distribution monophasés aériens : les noyaux constituent le circuit magnétique et la structure mécanique, tandis que les enroulements forment le circuit électrique. Leurs matériaux et leur conception structurelle déterminent directement le rendement, les pertes et la fiabilité du transformateur. Vous trouverez ci-dessous une description détaillée de leurs principales caractéristiques.
1. Noyau : Circuit magnétique et squelette mécanique
1.1 Exigences relatives aux fonctions principales et aux matériaux
- Rôle principalFonction deux-en-un : forme un circuit magnétique fermé pour la transmission du flux magnétique et sert de support mécanique aux enroulements.
- Matériel requis: Perméabilité magnétique élevée, pertes par hystérésis et pertes par courants de Foucault minimales.
1.2 Matériaux de base (Évolution et état actuel)
| Type d'ouvrage | Période d'application | Principales caractéristiques | Utilisation actuelle |
|---|---|---|---|
| Laminé à chaud tôles d'acier au silicium | 1960s-1970s | Pertes fer élevées, faible perméabilité magnétique, faible coefficient d'empilement (revêtement de peinture isolante) | Obsolète |
| Tôles d'acier au silicium non orientées laminées à froid | - | Performances modérées, perméabilité magnétique équilibrée dans toutes les directions | Utilisation occasionnelle dans les petits transformateurs |
| tôles d'acier au silicium à grains orientés laminées à froid | courant dominant actuel | Faibles pertes fer, perméabilité magnétique élevée, coefficient d'empilement élevé (isolation par film d'oxyde, pas besoin de peinture supplémentaire) | Largement utilisé dans les transformateurs domestiques à faibles pertes et à économie d'énergie |
- Epaisseur standard: 0.35 mm (conforme aux exigences de conception à faibles pertes).
1.3 Classification de la structure de base
- Transformateur à noyau (Correction de « Cardioïde »)
- Structure : Les enroulements sont placés sur des colonnes centrales, formant une configuration « enroulements autour du noyau ».
- Avantage : Structure simple, installation d'enroulement et isolation faciles.
- Application : Principalement utilisé dans les transformateurs de puissance domestiques (structure la plus courante).
- Transformateur de type coquille
- Structure : Les enroulements sont gainés sur la colonne centrale, formant une configuration « noyau entourant les enroulements ».
- Application : Scénarios particuliers nécessitant une structure compacte (par exemple, petites alimentations électriques).
1.4 Classification des processus de production de base
- Noyau laminé
- Étapes de fabrication : Poinçonner et découper des feuilles d'acier au silicium → les décaler et les insérer dans des enroulements pré-isolés → les fixer avec des dispositifs de fixation.
- Exigence clé : minimiser les espaces d’air au niveau des joints afin de réduire la résistance magnétique et les pertes fer.
- Noyau enroulé (noyau enroulé)
- Caractéristique structurelle : Enroulement intégral de bandes d’acier au silicium, sans coutures apparentes.
- Avantage : Pertes à vide plus faibles, perméabilité magnétique plus élevée (comparativement aux noyaux feuilletés).
2. Enroulement (bobine) : Noyau du circuit électrique
2.1 Fonction et matériaux d'enroulement
- Rôle principalTransmet l'énergie électrique par induction électromagnétique : les enroulements haute tension se connectent au réseau, les enroulements basse tension alimentent les charges.
- Matériel Requis:
- Transformateurs de petite capacité : fil de cuivre rond émaillé isolé.
- Transformateurs de moyenne à grande capacité : fil plat en cuivre ou fil plat en aluminium (meilleure capacité de transport de courant et dissipation de chaleur).
2.2 Classification des enroulements (par position et forme)
2.2.1 Enroulement concentrique (courant principal)
- StructureLes enroulements haute et basse tension sont gainés concentriquement sur les colonnes du noyau.
- Règles de mise en page:
- Par défaut : enroulement basse tension à l’intérieur (facilite l’isolation avec le noyau), enroulement haute tension à l’extérieur.
- Exception : Transformateurs basse tension, courant élevé et grande capacité — enroulement basse tension à l'extérieur (les fils épais sont plus faciles à acheminer).
- Conception de cléL'espace entre les enroulements sert de canal d'huile (pour les transformateurs immergés dans l'huile) ou de couche isolante, améliorant la dissipation de la chaleur et l'isolation.
- Sous-types selon la méthode d'enroulementCylindrique, spiralé, continu (structure simple, fabrication facile).
- ApplicationTransformateurs à noyau — adoptés par la quasi-totalité des transformateurs électriques domestiques.
2.2.2 Enroulement par recouvrement (Enroulement en tarte)
- StructureLes enroulements haute tension et basse tension sont divisés en plusieurs sections de fils, disposées alternativement le long de la hauteur de la colonne centrale.
- Règle de mise en page: Des barres de câbles basse tension placées sur les couches supérieure et inférieure (simplifie l'isolation).
- Avantages clésFaible réactance de fuite, haute résistance mécanique, acheminement aisé des câbles.
- Application: Transformateurs basse tension et courant élevé (par exemple, transformateurs de four de grande capacité, transformateurs de machines à souder par résistance).
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