Analyse des noyaux sphériques et des noyaux feuilletés

Comparativement aux noyaux en fer laminé, les noyaux en fer bobinés tridimensionnels présentent trois améliorations structurelles significatives : les lamelles sont transformées en enroulements ; la disposition plane des colonnes du noyau devient tridimensionnelle ; et la forme de la section transversale des colonnes du noyau passe d’une forme étagée à une forme quasi-polygonale. Ces caractéristiques confèrent aux noyaux en fer bobinés tridimensionnels des propriétés exceptionnelles. Transformateur à noyau de ferIls présentent cinq avantages majeurs par rapport aux transformateurs à noyau de fer laminé.
1. Économies de matériaux et réduction des coûts
La raison pour laquelle les transformateurs à noyau de fer bobiné tridimensionnel permettent de réaliser des économies de matériaux par rapport aux transformateurs à noyau de fer laminé réside dans la structure unique de leur noyau. La longueur moyenne des trois pistes magnétiques d'un noyau bobiné tridimensionnel est nettement inférieure à celle d'un noyau laminé. Par conséquent, le poids du noyau bobiné tridimensionnel est considérablement réduit, ce qui permet de réaliser des économies de matériaux et de diminuer les coûts.
À section transversale de colonne centrale, hauteur de fenêtre et entraxe de colonne centrale identiques, le noyau en fer enroulé tridimensionnel est 20 % plus léger que le noyau en fer laminé. Ainsi, le noyau en fer enroulé tridimensionnel permet d'économiser 20 % de tôle d'acier au silicium par rapport au noyau en fer laminé, réduisant ainsi le coût des matériaux de 20 %. Lors de la transformation de la tôle d'acier au silicium du noyau en fer enroulé tridimensionnel en tôles trapézoïdales, la découpe par recouvrement est utilisée, ce qui élimine tout gaspillage de matière. En revanche, lors de la transformation des tôles d'acier au silicium du noyau en fer laminé, le poinçonnage des cornières engendre des chutes de poinçonnage, soit environ 4 % de matériau gaspillé. La section transversale des colonnes du noyau en fer bobiné tridimensionnel est polygonale, et son coefficient de remplissage peut atteindre 0,95 à 0,96, tandis que celle des colonnes du noyau en fer laminé est étagée, avec un coefficient de remplissage de 0,89 à 0,925. Par conséquent, à section transversale égale, la longueur d'enroulement moyenne du noyau en fer bobiné tridimensionnel est réduite de 2 % à 3 %, ce qui permet d'économiser 2 % à 3 % de cuivre.
2. Améliorer les performances et réduire les pertes
La raison pour laquelle le transformateur à noyau bobiné tridimensionnel surpasse le Transformateur à noyau feuilleté et la réduction des pertes est déterminée par la structure du noyau enroulé tridimensionnel. Deux aspects spécifiques sont à considérer :
(1) Du fait que le poids du noyau enroulé tridimensionnel est nettement inférieur à celui du noyau laminé, à coefficient de procédé et à perte unitaire des tôles d'acier au silicium égaux, les pertes à vide du noyau enroulé tridimensionnel sont significativement plus faibles et ses performances sont meilleures. Cette relation peut s'exprimer par : P0 = p0·G·K
Dans la formule :
P0 — Perte à vide ; p0 — Perte unitaire de la tôle d'acier au silicium ; G — Poids du noyau ; K — Coefficient de procédé
(2) Du fait que le noyau laminé tridimensionnel subit un traitement de recuit lors du processus de fabrication, le coefficient de processus est de 1,05 à 1,1, tandis que le noyau feuilleté ne subit généralement pas de traitement de recuit lors du processus de fabrication, et le coefficient de processus est de 1,2 à 1,4. À matériau de bande d'acier au silicium, section transversale de colonne de noyau, hauteur de fenêtre et entraxe de colonne de noyau identiques, les pertes à vide du transformateur à noyau laminé tridimensionnel sont réduites d'environ 30 % par rapport au transformateur à noyau feuilleté, et le courant à vide est réduit de 70 % à 80 %.
3. Réduction du bruit
Le noyau en fer laminé est constitué de feuilles d'acier au silicium empilées selon une configuration spécifique. Ces feuilles, mal liées entre elles, vibrent sous l'effet des forces électromagnétiques en fonctionnement, générant un bruit important. À l'inverse, le noyau en fer bobiné tridimensionnel est réalisé en enroulant successivement plusieurs bandes trapézoïdales. Les feuilles étant mieux liées, les vibrations et le bruit sont réduits. Le niveau sonore d'un transformateur à noyau en fer bobiné tridimensionnel est de 7 à 10 dB inférieur à celui d'un transformateur à noyau en fer laminé.
4. Équilibrage triphasé
Comme les trois colonnes du noyau du transformateur à noyau de fer laminé sont disposées de manière plane, les longueurs des circuits magnétiques de ces colonnes sont inégales. Le circuit magnétique de la colonne centrale est plus court, tandis que ceux des deux colonnes latérales sont plus de 20 % plus longs que la longueur moyenne du circuit magnétique de la colonne centrale. De ce fait, les courants à vide des trois colonnes diffèrent significativement : celui de la colonne centrale est plus faible, tandis que ceux des deux colonnes latérales sont plus élevés, ce qui engendre un déséquilibre triphasé.
Les trois colonnes du noyau en fer feuilleté tridimensionnel sont disposées en triangle équilatéral, et leurs trajets magnétiques sont identiques et courts. Les courants à vide des trois colonnes sont égaux, assurant ainsi l'équilibre triphasé.