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Les technologies traditionnelles

Des progrès significatifs ont été réalisés sur le rendement des transformateurs durant ces 40 dernières années :



• Les règlementations nationales ont fait baisser les niveaux de pertes dues à la charge d’environ 30 à 50 %,
• Les pertes à vide ont diminué quant à elles d’un facteur 3 à 4, par l’amélioration de l’acier utilisé dans le circuit magnétique.

Les améliorations des caractéristiques des transformateurs ont été possibles par des évolutions technologiques majeures portant principalement sur :

• la qualité de l’acier utilisé pour le circuit magnétique => réduction des pertes à vide,
• la conception des bobines => réduction des pertes dues à la charge,
• l’amélioration des isolants solides papiers (maîtrise des contraintes électriques),
• le haut degré de raffi nage des diélectriques liquides (pouvoir calorifique et distances d’isolement).

La qualité de l’acier est essentielle dans la conception des circuits magnétiques pour en limiter les pertes à vide :

• Les recherches sur les matériaux magnétiques ont permis de muter, il y a 50 ans environ, de l’acier laminé à chaud (GNO) vers de l’acier au silicium à grains orientés laminé à froid (CGO). Les développements récents ont abouti à la création de tôles magnétiques à haute perméabilité.
• Un traitement « laser » complémentaire permet l’amélioration interne de la tôle magnétique et une réduction des caractéristiques spécifi ques de la tôle magnétique et une nouvelle réduction des pertes à vide. La combinaison d’épaisseur fi ne (très inférieure à 0,3 mm) de matériaux à haute perméabilité et le traitement « laser » conduit aux pertes les plus basses pour ce type de technologie. L’augmentation de la section du circuit magnétique permet de réduire le flux, ce qui diminue les pertes à vide.
• Les aciéristes historiques travaillent à l’amélioration des performances de l’acier magnétique à grains orientés. D’autres fournisseurs proposent des tôles amorphes. Les deux techniques permettent une amélioration significative des performances énergétiques des transformateurs.

La réduction des pertes dues à la charge :

• L’augmentation de la section des conducteurs composant les spires permet de diminuer la densité de courant, donc les pertes dues à la charge.
• De même, la conception des enroulements et les progrès réalisés dans l’isolation permettent d’optimiser les bobinages, d’augmenter les échanges thermiques entre les différents composants des enroulements, et de réduire les dimensions des parties actives à considérations de pertes dues à la charge constantes.

Les technologies innovantes : les matériaux amorphes

Les métaux amorphes diffèrent fortement des alliages cristallins traditionnels par leurs caractéristiques magnétiques et mécaniques et par l’épaisseur du matériau. La technologie de réalisation des circuits magnétiques employant les très minces feuilles de métaux amorphes est totalement différente.

Les transformateurs en matériaux amorphes représentent environ 5 % du marché mondial, soit environ 3 millions de transformateurs monophasés (de quelques dizaines de kVA) et quelques milliers de transformateurs triphasés, principalement sur les marchés américains et asiatiques.

Ils réduisent les pertes à vide de 50 % par rapport à un niveau de pertes à vide A₀. Leur coût de fabrication est cependant nettement supérieur à celui des transformateurs traditionnels à haute efficacité.