Le secret de fabrication des transformateurs en alliage amorphe

Matériaux nécessaires à la production de transformateurs en alliage amorphe : Bandes d’alliage amorphe Les bandes d’alliage amorphe constituent le matériau de base pour la fabrication des noyaux de transformateurs en alliage amorphe, et leurs performances déterminent directement l’efficacité énergétique de ces transformateurs. Le transformateurLes alliages amorphes sont des matériaux métalliques obtenus par solidification rapide. Leurs atomes sont disposés de manière désordonnée, sans joints de grains. Ils présentent une perméabilité magnétique élevée, une faible coercivité et d'excellentes propriétés magnétiques douces. Les alliages amorphes sont généralement composés de fer (Fe), de bore (B), de silicium (Si) et de cobalt (Co). Le rapport des différents éléments influe sur leurs propriétés magnétiques, mécaniques et leur résistance à la corrosion. Par exemple, une teneur en fer plus élevée augmente l'induction magnétique à saturation ; l'ajout de bore et de silicium contribue à réduire l'anisotropie du cristal magnétique et à améliorer les propriétés magnétiques. Les bandes d'alliages amorphes sont généralement très fines (20 à 30 microns) et leur largeur, généralement de 100 à 200 mm, est déterminée par les exigences de production. Les matériaux isolants jouent un rôle essentiel dans les transformateurs en alliages non ferromagnétiques. Ils isolent les composants conducteurs et préviennent les courants de fuite et les courts-circuits. Les matériaux isolants couramment utilisés comprennent le carton isolant, le vernis isolant et le film polyester. Le carton isolant sert principalement à la fabrication des enroulements, à l'isolation intercouche et à l'isolation interphase des transformateurs. Il présente une bonne résistance mécanique et d'excellentes propriétés d'isolation. Le vernis isolant est utilisé pour imprégner les enroulements, ce qui améliore leur isolation électrique, leur résistance à l'humidité et leur dissipation thermique. Le film polyester possède une rigidité diélectrique et une résistance thermique élevées et est souvent utilisé conjointement avec le carton isolant pour renforcer l'isolation. De plus, dans certains transformateurs haut de gamme en alliages non ferromagnétiques, des matériaux isolants haute performance tels que les films de polyimide sont également utilisés pour répondre à des exigences d'isolation et de résistance aux hautes températures plus élevées. Matériaux conducteurs : Les matériaux conducteurs sont des composants essentiels des enroulements de transformateur et servent à la transmission de l'énergie électrique. Actuellement, les matériaux conducteurs couramment utilisés pour les enroulements de transformateur sont le cuivre électrolytique de haute pureté ou l'aluminium. Le cuivre possède une excellente conductivité électrique et thermique, ainsi que de bonnes propriétés mécaniques, et une faible résistivité. C'est un matériau conducteur idéal, mais son coût est relativement élevé. L'aluminium, de faible densité et peu coûteux, est largement utilisé dans certaines applications où le coût est un facteur déterminant. Cependant, sa résistivité est légèrement supérieure à celle du cuivre, ce qui implique que, pour une même capacité de courant, la section des enroulements en aluminium doit être plus importante. Lors de la fabrication, le matériau conducteur est transformé en fil rond ou plat, puis enroulé selon différentes configurations de spires et de structures, en fonction de la puissance et du niveau de tension du transformateur. Procédé de fabrication des transformateurs en alliage non ferreux : Traitement des bandes d'alliage amorphe. La première étape consiste à traiter les bandes d'alliage amorphe. Du fait de leur faible dureté et de leur grande fragilité, ces bandes sont sensibles aux dommages lors du transport et du stockage, ce qui peut affecter leurs propriétés magnétiques. Il est donc nécessaire d'inspecter et de nettoyer leur surface afin d'éliminer les impuretés telles que l'huile, la poussière et les films d'oxyde. Ensuite, en fonction des dimensions du noyau, la bande d'alliage amorphe est découpée à la longueur et à la largeur appropriées à l'aide d'un équipement de cisaillement de haute précision. La précision dimensionnelle doit être rigoureusement contrôlée lors du cisaillement afin d'éviter les écarts dimensionnels susceptibles de provoquer des entrefers lors de l'assemblage du noyau, augmentant ainsi la résistance magnétique et les pertes. Fabrication des noyaux : Les noyaux de transformateurs en alliage amorphe adoptent généralement des structures rectangulaires ou en développante. Le procédé de fabrication des noyaux rectangulaires consiste à empiler les bandes d'alliage non ferreux découpées selon une méthode de stratification précise, généralement par chevauchement ou par juxtaposition, afin d'assurer la continuité du circuit magnétique et de réduire la résistance magnétique. Lors de l'empilement, une pression appropriée doit être appliquée pour assurer un ajustement précis des bandes et réduire l'entrefer. Le procédé de fabrication des noyaux en développante est plus complexe. Tout d'abord, les bandes d'alliage non ferreux sont enroulées sur un moule spécial pour former une ébauche de noyau en forme de développante, puis ces ébauches sont assemblées pour former un noyau complet grâce à un procédé d'assemblage spécifique. Après la fabrication du noyau, un traitement de recuit est nécessaire pour éliminer les contraintes internes générées par la bande lors des opérations de découpe et d'empilement, et pour restaurer et optimiser les propriétés magnétiques de l'alliage amorphe. Le recuit est généralement effectué sous vide ou sous protection de gaz inerte, à une température contrôlée entre 300 et 400 °C, suivi d'un refroidissement lent après une période d'isolation. Production des bobinages : Conformément aux exigences de conception du transformateur, après transformation du matériau conducteur en fils aux spécifications requises, la production des bobinages commence. Le bobinage est généralement réalisé à l'aide d'une bobineuse pour enrouler le fil sur l'armature isolante selon le nombre de spires et la méthode de bobinage prévus. Durant le bobinage, la tension des spires doit être rigoureusement contrôlée afin de garantir un bobinage serré et uniforme, et d'éviter tout desserrage ou surtension. Parallèlement, le matériau isolant doit être déposé entre les couches et les spires selon le procédé d'isolation prescrit afin d'assurer une bonne isolation électrique. Une fois le bobinage terminé, des tests d'isolation et de résistance en courant continu sont nécessaires pour vérifier que l'isolation et la conductivité du bobinage répondent aux exigences de conception. Assemblage du noyau et du bobinage : Assembler le noyau et le bobinage fabriqués. Tout d'abord, installer le bobinage sur la colonne du noyau. Ensuite, utilisez des fixations pour assembler le noyau et l'enroulement et garantir une structure robuste. Lors de l'assemblage, veillez à maintenir la position relative précise du noyau et de l'enroulement afin d'éviter tout défaut de circuit magnétique ou autre anomalie due à un assemblage incorrect. Une fois l'assemblage terminé, procédez au raccordement électrique complet du transformateur, y compris le raccordement des conducteurs d'enroulement et l'installation du changeur de prises. Traitement et assemblage du corps du transformateur : Les composants noyau-enroulement assemblés (c'est-à-dire le corps du transformateur) nécessitent un traitement supplémentaire. Pour les transformateurs immergés dans l'huile, le corps doit être séché sous vide afin d'éliminer l'humidité et d'améliorer l'isolation. Après séchage, le corps du transformateur est placé dans la cuve d'huile et rempli d'huile de transformateur adaptée. La vitesse et la température de l'huile doivent être contrôlées pendant le remplissage afin d'éviter la formation de bulles et une isolation insuffisante. Pour les transformateurs secs, des dispositifs de dissipation thermique et des enveloppes de protection doivent être installés pour assurer la dissipation de la chaleur et la protection nécessaires au fonctionnement du transformateur. Tests et inspections : Après l'assemblage, le transformateur doit être entièrement testé et inspecté. Les tests comprennent l'essai à vide, l'essai en charge, l'essai d'isolation, l'essai de court-circuit, etc. Ces tests permettent de vérifier si les performances du transformateur sont conformes aux normes nationales et aux exigences de conception. Par exemple, l'essai à vide mesure les pertes et le courant à vide du transformateur afin d'évaluer les performances du noyau ; l'essai en charge mesure les pertes et l'impédance de court-circuit afin d'évaluer les performances de l'enroulement. Seuls les transformateurs en alliage non ferromagnétique ayant réussi tous les tests et présentant des indicateurs de performance satisfaisants peuvent être conditionnés, expédiés et mis sur le marché. La production de transformateurs en alliage amorphe exige des propriétés des matériaux et des procédés de fabrication extrêmement rigoureux. Chaque étape influe directement sur les performances et la qualité du transformateur. Grâce aux progrès technologiques constants et au développement de la science des matériaux, les transformateurs en alliage amorphe devraient jouer un rôle majeur dans la réalisation d'économies d'énergie et contribuer au développement durable du secteur énergétique.