Comment le noyau du transformateur joue-t-il un rôle clé dans l’amélioration de l’efficacité du transport d’énergie et la réduction des pertes d’énergie ?

Dans les systèmes électriques modernes, les transformateurs sont des équipements indispensables qui jouent un rôle essentiel dans le transport et la distribution d’énergie. Le composant central du transformateur, le noyau du transformateur, constitue la base du fonctionnement efficace de l’ensemble de l’appareil. Le rôle du noyau est d'assurer la conversion efficace de l'énergie électrique, de stabiliser la transmission du courant et de minimiser les pertes d'énergie.
Le noyau de transformateur est la partie centrale du transformateur pour conduire les champs magnétiques. Sa fonction principale est de fournir un chemin à faible impédance afin que le flux magnétique puisse circuler efficacement entre les enroulements primaire et secondaire du transformateur. Le noyau est généralement composé de couches de tôles d'acier au silicium empilées ensemble pour réduire la perte d'énergie provoquée par le courant traversant le conducteur.
Le working principle of the transformer is based on electromagnetic induction. The core realizes the transmission and conversion of electrical energy through the induced magnetic field. When the current passes through the primary winding of the transformer, an alternating magnetic field is generated in the core. This magnetic field is transmitted to the secondary winding through the core, thereby inducing the current in the secondary winding and completing the transmission and conversion of electrical energy.

Le material of the transformer core is one of the important factors affecting the performance of the transformer. Common core materials are as follows:
Tôle d'acier au silicium : La tôle d'acier au silicium est le matériau de noyau de transformateur le plus couramment utilisé. Il a une bonne perméabilité magnétique et une faible perte d'hystérésis, ce qui peut réduire efficacement la perte d'énergie et améliorer l'efficacité du transformateur. Les tôles d'acier au silicium sont généralement recouvertes d'une couche isolante pour réduire les pertes par courants de Foucault et améliorer leurs performances d'isolation.
Tôle d'acier au silicium non orientée : le noyau de ce matériau peut fournir des pertes moindres et convient aux applications haute fréquence, telles que les transformateurs haute fréquence. Sa distribution de grains est uniforme, ce qui peut réduire la perte par hystérésis et améliorer l'efficacité de fonctionnement du transformateur.
Matériau en alliage amorphe : L’alliage amorphe est un nouveau type de matériau apparu ces dernières années. Il présente une très faible perte dans le noyau et convient particulièrement aux transformateurs à faible charge et à haut rendement. Malgré son coût élevé, son rendement élevé l’a rendu largement utilisé dans certaines applications haut de gamme.
Noyau de fer en poudre : Dans certains petits transformateurs spécifiques, un noyau de fer en poudre est également utilisé pour fabriquer le noyau. Les propriétés magnétiques de ce matériau sont relativement générales, mais en raison de son faible coût, il est encore utilisé dans certaines applications de faible puissance.
Le design of the transformer core directly affects the efficiency and performance of the transformer. In order to minimize energy loss, the core design of modern transformers tends to the following directions:
Conception laminée : pour réduire les pertes par courants de Foucault, le noyau du transformateur est généralement composé de nombreuses tôles d'acier minces (généralement des tôles d'acier au silicium) empilées ensemble. Cette conception peut réduire efficacement la perte par courants de Foucault générée par le courant à l'intérieur du noyau et améliorer l'efficacité du transformateur. Chaque tôle d'acier est dotée d'un revêtement isolant pour garantir que les courants de Foucault ne peuvent pas se propager dans tout le noyau.
Structure fermée : le noyau du transformateur adopte généralement une structure en anneau fermé, ce qui contribue à réduire les fuites de flux magnétique, à garantir que le champ magnétique peut être conduit de manière plus concentrée et à améliorer l'efficacité de fonctionnement du transformateur.
Optimiser la conception de l'entrefer : la conception de l'entrefer affecte l'efficacité de fonctionnement et la capacité de charge du transformateur. Dans la conception du noyau, en contrôlant précisément la taille de l'entrefer, le phénomène de saturation magnétique peut être réduit et les performances du transformateur peuvent être encore améliorées.
Bien que le noyau du transformateur joue un rôle irremplaçable dans le système électrique, il reste confronté à certains défis et orientations de développement :
Problèmes d'efficacité énergétique : Avec l'augmentation continue des coûts énergétiques, les exigences en matière d'efficacité énergétique des transformateurs sont de plus en plus élevées. La perte du noyau, en particulier la perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault, reste le principal facteur affectant l'efficacité énergétique du transformateur. Par conséquent, le développement de matériaux et de conceptions plus efficaces constitue l’orientation du développement futur.
Coût des matériaux : le prix des tôles d'acier au silicium de haute qualité est élevé, ce qui fait augmenter le coût de production des transformateurs. Pour résoudre ce problème, les fabricants tentent d'adopter des matériaux plus rentables, tels que les alliages amorphes, afin de réduire les coûts de production tout en garantissant une efficacité élevée.
Exigences de protection de l'environnement : Avec les exigences mondiales croissantes en matière de protection de l'environnement, les matériaux et les processus utilisés dans la production des transformateurs doivent également être conformes à davantage de normes environnementales. L'utilisation de matériaux recyclables et la réduction des émissions polluantes pendant le processus de production sont devenues la tendance du développement futur.
Les noyaux de transformateur sont largement utilisés dans divers aspects du système électrique. Qu'il s'agisse de distribution d'énergie urbaine, d'alimentation électrique d'équipements industriels ou de conversion d'énergie dans de nouveaux systèmes énergétiques, les noyaux de transformateur jouent un rôle irremplaçable. Sa conception et ses matériaux sont directement liés à l'efficacité de fonctionnement, à la stabilité et à la durée de vie de l'ensemble de l'équipement électrique.
Dans le domaine des transformateurs à haut rendement et à faibles pertes, avec les progrès de la technologie, les matériaux et les conceptions des noyaux de transformateur innovent constamment, améliorant encore l'efficacité d'utilisation de l'énergie du système électrique. En particulier dans les applications modernes telles que les sous-stations à haute tension, les réseaux intelligents et les stations de recharge pour véhicules électriques, l'innovation technologique des noyaux de transformateur est cruciale pour améliorer les performances de l'ensemble du système.
En tant que composant essentiel du transport de puissance, le noyau du transformateur joue un rôle décisif dans l’efficacité et la stabilité du transformateur. Avec le développement de la science et de la technologie, les matériaux et la conception des noyaux de transformateur s'améliorent constamment et, à l'avenir, une plus grande attention sera accordée à l'efficacité énergétique, aux coûts et à la protection de l'environnement. En tant que composant clé des équipements électriques, l'innovation et l'application des noyaux de transformateur affecteront directement le développement du système électrique mondial et l'amélioration de l'efficacité énergétique.