Pertes d’énergie dans le transformateur | Pertes de noyau et pertes de cuivre

Pertes d’Énergie dans les Transformateurs

Un transformateur est un composant passif qui transfère l’énergie électrique d’un circuit électrique à un autre. Jouant un rôle crucial dans la génération, la transmission et la distribution de l’énergie électrique dans le monde, ces dispositifs essentiels permettent le transfert efficace de l’énergie électrique entre des circuits à différents niveaux de tension, garantissant la fiabilité et la stabilité des systèmes d’alimentation modernes. Cet article explore les principes des transformateurs, leurs différents types, et leurs applications répandues dans notre vie quotidienne.

Types de Pertes d’Énergie dans les Transformateurs

Les pertes d’énergie dans les transformateurs peuvent être classées en deux catégories principales : les pertes noyau et les pertes cuivre (ou pertes dans les enroulements).

Pertes Noyau

Les pertes noyau, également connues sous le nom de pertes fer ou magnétiques, se produisent dans le noyau magnétique du transformateur en raison des champs magnétiques alternatifs. Elles comprennent deux composants principaux :

• Pertes par Hystérésis : Causées par l’inversion constante du champ magnétique dans le matériau du noyau lorsque le courant alternatif circule dans l’enroulement primaire. L’énergie dissipée sous forme de chaleur pendant les cycles de magnétisation et de démagnétisation du matériau du noyau résulte en pertes par hystérésis. Ces pertes sont proportionnelles à la fréquence de l’alimentation AC et peuvent être réduites en utilisant des matériaux de noyau avec de faibles coefficients d’hystérésis, tels que l’acier au silicium.
• Pertes par Courants de Foucault : Causées par la circulation des courants induits à l’intérieur même du matériau du noyau. Ces courants génèrent de la chaleur et entraînent des pertes d’énergie. Les pertes par courants de Foucault sont proportionnelles au carré de la fréquence d’alimentation et à l’épaisseur du noyau. Pour minimiser ces pertes, les noyaux des transformateurs sont laminés avec des couches minces et isolées de matériau de noyau, réduisant ainsi l’épaisseur effective et les courants de Foucault.

Pertes Cuivre (Pertes dans les Enroulements)

Les pertes cuivre, également connues sous le nom de pertes dans les enroulements ou pertes ohmiques, surviennent en raison de la résistance des enroulements du transformateur (primaire et secondaire). Lorsque le courant circule à travers les enroulements, la résistance génère de la chaleur, entraînant une perte d’énergie. Ces pertes sont proportionnelles au carré du courant et peuvent être exprimées comme suit :

• Perte d’Enroulement Primaire : P_p = I_p² * R_p
• Perte d’Enroulement Secondaire : P_s = I_s² * R_s

Où P_p et P_s représentent les pertes de puissance dans les enroulements primaire et secondaire respectivement; I_p et I_s sont les courants dans les enroulements primaire et secondaire respectivement; et R_p et R_s sont les résistances des enroulements primaire et secondaire respectivement. Les pertes cuivre peuvent être minimisées en utilisant des conducteurs de plus grand diamètre, qui ont une résistance plus faible, ou en utilisant des matériaux avec une meilleure conductivité, tels que le cuivre de haute pureté ou l’aluminium.

Autres Pertes Mineures

En plus des pertes noyau et cuivre, d’autres pertes mineures, telles que les pertes de charge égarées et les pertes diélectriques, peuvent également contribuer aux pertes d’énergie totales dans les transformateurs. Cependant, ces pertes sont généralement plus petites et moins significatives par rapport aux pertes noyau et cuivre.