Transformateurs
pertes au cuivre et pertes au fer
Pertes

Le rendement d'un transformateur n'est pas de 100%, pourtant son rendement est suffisamment bon pour réduire les pertes dans le transport d'électricité. Le transport se fait à très haute tension (donc avec une intensité plus faible pour une puissance transférée donnée) car les pertes dans les cables dépendent du courant.
-

-

Le transformateur a un rendement très élevé qui augmente avec la puissance. Dans le transport et la distribution d'électricité, on emploie des transformateurs pour augmenter la tension et puis pour la réduire. Les pertes à la transformation sont inférieurs aux pertes dans les cables de transport, même si de la centrale au consommateur il peut y avoir 5 ou 6 transformateurs.

Les pertes sont de deux sortes: les "pertes par le cuivre" et les "pertes par le fer". Les pertes au fer sont indépendantes de la charge au secondaire, tandis que les pertes au cuivre dépendent du courant fourni.

Pertes au fer

Les pertes par le fer sont causées par les courants de foucault dans la tôle. On limite ces courants en utilisant des tôles minces, isolées les unes des autres. Les pertes par hystérésis sont causées par la magnétisation et la démagnétisation des tôles. Il faut utiliser des métaux "doux" dont le cycle d'hystérésis est le plus étroit possible. Les métaux magnétisables (qui gardent leur champ magnétique comme les aimants) sont de très mauvais candidats si on les utilise dans un transfo.

On mesure les pertes au fer en faisant travailler le transformateur à vide à sa tension nominale. La consommation du transfo à vide correspond aux pertes au fer.

Pertes au cuivre

Les pertes au cuivre sont causées par la résistance du fil de cuivre (pertes par échauffement des fils conducteurs). Pour mesurer les pertes au cuivre, il faut faire travailler le transfo à la magnétisation la plus faible possible, donc en utilisant une basse tension et le secondaire en cours circuit. On règle la tension au primaire pour avoir le courant nominal du transfo au secondaire. Les pertes correspondent ici aux pertes par le cuivre.

La tension de cours circuit secondaire est mesurée au primaire. Une faible tension indique que le transformateur a une faible résistance interne (et donc moins de pertes au cuivre). Quand il y a un cours-circuit en fonctionnement normal, le courant peut prendre des valeurs très élevées, c'est pour cela qu'on ne recherche pas à tout prix une résistance interne très faible (et c'est pour cela que l'aluminium est une alternative valable au cuivre). La tension en cours-circuit est indiquée comme pourcentage de la tension nominale.

On utilise le terme de "pertes au cuivre" alors que les gros transformateurs ont généralement des bobinages réalisés en fil d'aluminium (moins cher que le cuivre). On parle actuellement de pertes en cours-circuit, puisque ces pertes sont mesurées avec le secondaire en cours-circuit.

Pertes pat flux

En plus des pertes au fer et des pertes au cuivre, il faut également signaler les pertes au flux, causées par le flux primaire qui ne passe pas par le secondaire. Dans la mesure, elles sont reprises avec les pertes en cours circuit.

Certains transformateurs sont conçus pour avoir des pertes au flux importantes, ce qui permet de limiter le courant de cours-circuit, par exemple dans les postes à souder, certaines lampes haute tension,...

Les pertes par le flux fuyant leur lieu de travail sont des pertes de puissance réactive (il faut magnétiser le transformateur, mais le champ magnétique n'agit pas totalement sur le secondaire). Ce sont donc des pertes qui produisent un courant supplémentaire (courant de magnétisation non utilisé), mais qui ne consomment pas de puissance mécanique au générateur.

Augmentation du rendement

Pour réduire les pertes, on tente d'utiliser des autotransformateurs quand cela est possible (quand il ne faut pas d'isolation électrique entre primaire et secondaire). A droite un autotransformateur triphasé, chaque bobinage a trois connections. Un autotransformateur permet de réduire la quantité de cuive nécessaire, puisqu'une partie du bobinage est commune au primaire et secondaire. L'utilisation d'un autotransformateur perd de son intérêt quand le rapport de transformation devient plus élevé que 1:2. Les transformateurs de déménagement (110/220V sont souvent des autotransformateurs.

Les transformateurs conçus pour fonctionner principalement à vide doivent avoir les pertes au fer les plus basses possibles (transfo de sonette), donc une magnétisation relativement faible compensée par beaucoup de spires de fil fin. Ces transfos ont généralement un courant de cours-circuit limité (ils peuvent rester en cours circuit sans surchauffe). La tension diminue nettement avec la charge à cause des pertes dans le cuivre.

Les transformateurs qui sont conçus pour travailler constamment à charge maximale doivent avoir des pertes au cuivre limitées (transfos de démarrage de moteurs, transfos de fours à micro-ondes,...). Les bobinages utilisent du fil plus gros pour un courant donné.

Pour donner un ordre de grandeur, les transformateurs industriels ont des pertes au fer de 0.2% et des pertes au cuivre de 1.2%.

Un transformateur pour alimenter des bureaux et des habitations fonctionne à environ 30% de sa puissance nominale. Cette puissance nominale est nécessaire pour absorber les pics de consommation. Ce type de transformateur est souvent surdimensionné: la consommation électrique des ménages se stabilise (remplacement des ampoules à incandescence par des lampes à leds,...).

Un transformateur peut fonctionner momentanément en surcharge. Les pertes au cuivre augmentent avec l'échauffement du transformateur, conduisant à un emballement thermique si on ne réduit pas la puissance consommée. Après une surcharge il faut laisser le transformateur refroidir complètement avant de pouvoir le réutiliser à sa puissance nominale.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-