Analyse des pertes d'un transformateur

Les pertes par effet joule

Elles se produisent dans les résistances R₁ et E₂ des enroulements traversés par les courants I₂ et I₂. On les appelle aussi les pertes dans le cuivre P_j=C=R₁.I²₁+R₁.I²₂. On pourra les calculer à partir des mesures des résistances et des intensités efficaces. Dans le cas des transformateurs à forte puissance, on diminue ces pertes en limitant la température de fonctionnement. Pour cela on immerge le transformateur dans de l'huile minérale qui permet de le refroidir et d'éviter l'augmentation des résistances.

Les pertes magnétiques

On considère un transformateur réel donc le secondaire n'alimente pas de charge. Ici le transformateur fonctionne à vide, I₂=0

Pertes par hystérésis

On aimante une substance ferromagnétique en la plaçant par exemple à l'intérieur d'un solénoïde parcouru par un courant. L'aimantation absorbe de l'énergie et la figure ci-dessus rappelle que ce phénomène n'est pas réversible. Au cours de la désaimantation le matériau ne restitue pas toute l'énergie reçue pendant l'aimantation. Une partie de l'énergie électrique est dissipée en chaleur dans le circuit magnétique. Les pertes par hystérésis dépendent de la nature du matériau, de son volume, de son champ magnétique B et de la fréquence f.

Pertes par courant de Foucault

Le flux alternatif Ø à travers le circuit magnétique crée dans celui-ci comme dans toute masse métallique les courants induits appelés courant de Foucault qui entraîne l'échauffement du circuit magnétique. Ces pertes d'énergie P_F dépendent comme P_H de la nature du matériau de son volume de la fréquence f, du champ magnétique B.
Pour limiter ces pertes, on feuillette le circuit magnétique.

Les pertes dans le fer

F=P_H+P_F elles ne dépendent que de la tension d'alimentation U₁ indépendante des courants. Elles ne varient donc pas avec la charge branchée au secondaire du transformateur. Elles sont indispensables et le constructeur de matériaux ferromagnétiques indique leur valeur totale.

Conséquences

A vide le primaire du transformateur réel absorbe de la puissance active dissipée par effet joule dans l'enroulement primaire traversé par le courant I_1B.
Par hystérésis et courant de Foucault dans le circuit magnétique.

Les fluides magnétiques

Elles augmente la valeur du flux total à créer et entraîne des chutes de tension.

Rendement du transformateur réel

A la puissance utile P₂=U₂.I₂.CosÞ fournie à la charge, il faut ajouter les pertes dans le fer F pour obtenir la puissance P₁.
P₁ = P₂ + C + F
P₁ = U₂.I₂.CosÞ + R₁.I²₂ + P_F + P_H
n = P₂/P₁ = U₂.I₂.CosÞ/(U₂.I₂.CosÞ + R₁.I²₁ + R₂.I²₁ + P_F + P_H)

Adaptation d'impédance

Soit Z le module de charge placé au secondaire et sa valeur efficace Z=U₂/I₂

La mise en place de Z produit au primaire un appel de courant I₁ sur la tension U₁, nous obtiendrons ce courant en plaçant en direct sur le réseau qui alimente le primaire une impédance Z' telle que Z'=U₁/I₁ d'après le schéma.