Le noyau d'un transformateur constitue le circuit magnétique. Pour minimiser les pertes par hystérésis et courants de Foucault causées par le flux magnétique alternatif, le noyau est fabriqué en empilant des tôles d'acier au silicium de haute qualité d'une épaisseur de 0,35mm ou plus mince. Actuellement, les tôles d'acier au silicium à grains orientés laminés à froid à haute perméabilité magnétique sont largement utilisées pour réduire le volume et le poids du transformateur, ce qui permet également de réaliser des économies de matériau conducteur et de réduire les pertes de chaleur dues à la résistance du conducteur.
Le noyau du transformateur se compose de deux parties principales: les membres du noyau et les culasses. Les membres du noyau maintiennent les enroulements, tandis que les culasses relient les membres du noyau, formant un circuit magnétique fermé. Selon la disposition des enroulements dans le noyau, les transformateurs peuvent être classés en deux types: les transformateurs de type noyau et de type coquille.
Transformateurs monophasés de noyau de Deux-Membre
Ces transformateurs ont deux membres de noyau, reliés par des culasses supérieures et inférieures pour former un circuit magnétique fermé. Les deux membres du noyau sont enroulés avec des enroulements à haute tension et à basse tension. En règle générale, l'enroulement basse tension est placé plus près du noyau, tandis que l'enroulement haute tension est placé à l'extérieur, répondant plus facilement aux exigences d'isolation.
Transformateurs triphasés de type noyau
Les transformateurs triphasés de type noyau peuvent avoir une structure de noyau de trois-membre ou de cinq-membre. La structure de noyau de cinq-membre (également connue sous le nom de noyau triphasé de cinq-membre ou de noyau triphasé de cinq-jambe) est essentiellement un noyau de trois-membre avec deux membres externes supplémentaires (culasses latérales) qui ne portent pas des enroulements. La section et la hauteur des culasses supérieure et inférieure dans le noyau à cinq branches sont plus petites que celles d'un noyau typique à trois branches, ce qui contribue à réduire la hauteur totale du transformateur.
Dans un noyau triphasé à trois branches, les enroulements de chaque phase sont placés sur des membres séparés, les trois membres étant connectés par des culasses supérieure et inférieure pour former un circuit magnétique fermé, similaire à l'agencement des enroulements dans les transformateurs monophasés. Dans un noyau triphasé de cinq-membre, les membres externes supplémentaires agissent en tant que culasses latérales, et les enroulements pour chaque niveau de tension sont placés sur les trois membres centraux, alors que les culasses latérales restent déroulées, créant la structure triphasée de transformateur de cinq-membre.
Indépendance du circuit magnétique et impédance de séquence nulle
Dans un noyau triphasé à cinq branches, le flux magnétique de chaque phase peut fermer sa boucle à travers les culasses latérales, rendant les circuits magnétiques de chaque phase largement indépendants, contrairement aux circuits magnétiques interdépendants dans un transformateur triphasé typique. Par conséquent, lorsque le transformateur est soumis à des charges déséquilibrées, le flux magnétique de séquence zéro généré par des courants de séquence zéro dans chaque phase peut également fermer sa boucle à travers les culasses latérales. En conséquence, l'impédance d'excitation de séquence nulle dans un noyau triphasé à cinq branches est égale à l'impédance de séquence positive en fonctionnement équilibré.
Préférences de structure de base
Les transformateurs triphasés de petite et moyenne capacité utilisent généralement la structure de noyau triphasée à trois branches. Pour les transformateurs triphasés de grande capacité, où la hauteur de transport est souvent une contrainte, la structure de noyau triphasée à cinq branches est plus couramment utilisée.
Transformateurs de type coquille
Un transformateur monophasé de type coquille comporte un membre central de noyau et deux membres latéraux (également connus sous le nom de jougs latéraux). Le membre central est aussi large que la somme des largeurs des deux membres latéraux. Tous les enroulements sont placés sur la branche centrale de noyau, avec les deux membres latéraux encerclant les enroulements comme une «coquille externe», d'où le terme «transformateur de type coquille.» Cette conception est parfois appelée transformateur à trois branches monophasé.
Un transformateur triphasé de type coquille peut être considéré comme trois transformateurs de type coquille monophasés indépendants placés côte à côte.
Différences structurelles
Les transformateurs de type noyau ont une structure plus simple, avec une plus grande distance entre les enroulements haute tension et le noyau, ce qui facilite la gestion de l'isolation. D'autre part, les transformateurs de type coque ont une structure plus robuste mais sont plus complexes à fabriquer, avec les enroulements haute tension plus proches des membres du noyau, ce qui rend l'isolation plus difficile. La structure de type coque permet un support mécanique plus solide des enroulements, leur permettant de résister à des forces électromagnétiques plus importantes, ce qui la rend particulièrement adaptée aux transformateurs transportant des courants importants. La structure de type coque est également utilisée dans les transformateurs de puissance de grande capacité.
Refroidissement dans les transformateurs de grande capacité
Dans des transformateurs de grande capacité, des conduits d'huile de refroidissement sont typiquement incorporés dans le noyau pour s'assurer que la chaleur produite par des pertes de noyau peut être effectivement dissipée par l'huile isolante de circulation, réalisant de ce fait le refroidissement efficace. Les conduits d'huile de refroidissement peuvent être alignés soit parallèlement soit perpendiculairement au plan des tôles d'acier au silicium.