perte dans le noyau

La perte dans le fer est l'énergie dissipée sous forme de chaleur à l'intérieur du circuit magnétique d'un appareil électrique, que l'appareil soit en charge ou à vide. Elle se produit dans les transformateurs, les moteurs électriques, les générateurs, les inductances et tout appareil doté d'un noyau en fer ou en ferrite transportant un flux magnétique alternatif. Cette perte se produit même lorsque le noyau ne transporte aucun courant électrique à travers un enroulement, ce qui la distingue de la perte cuivre ou de la perte I carré R dans les conducteurs eux-mêmes.

La perte dans le fer a deux composantes principales. La perte par hystérésis survient parce que le matériau magnétique ne revient pas instantanément à une aimantation nulle lorsque le champ s'inverse ; de l'énergie est absorbée en poussant le matériau le long de sa courbe d'aimantation, et cette énergie devient de la chaleur. La perte par courants de Foucault se produit parce que le flux magnétique changeant induit de petits courants circulaires à l'intérieur du matériau du noyau lui-même, et ces courants dissipent de l'énergie dans la résistance du fer ou de la ferrite. Aux fréquences plus élevées, les courants de Foucault dominent ; aux fréquences plus basses, l'hystérésis contribue généralement davantage.

Mesure et gestion de la perte dans le fer

La perte dans le fer est mesurée en watts par kilogramme ou en watts par mètre cube de matériau du noyau, et elle augmente approximativement avec le carré de la densité de flux magnétique et la fréquence de fonctionnement. Un noyau de transformateur de 50 Hz perd moins qu'un noyau de 400 Hz fait du même matériau à la même densité de flux. Les fabricants réduisent la perte dans le fer en utilisant des matériaux à haute perméabilité et à faible coercivité, en laminant le noyau (empilant de fines feuilles séparées par une isolation pour bloquer les courants de Foucault), en recuisant le matériau pour améliorer ses propriétés magnétiques et en contrôlant la densité de flux par la géométrie du noyau et la conception de l'enroulement.

La perte dans le fer ne dépend pas de la charge, elle représente donc une pénalité fixe sur l'efficacité. Dans un grand transformateur de puissance de 10 MVA, la perte dans le fer peut consommer 15 à 20 kW en continu, ce qui augmente les coûts d'exploitation sur la durée de vie de l'appareil. Dans les machines tournantes, la perte dans le fer génère de la chaleur qui doit être évacuée par des conduits de refroidissement ou une circulation de ventilateur. Une mauvaise lamination du noyau, une surfluxion due à une surtension ou des dommages à l'isolation entre les laminations peuvent augmenter considérablement la perte dans le fer au-delà des valeurs nominales.

Le terme reflète l'emplacement de la perte plutôt que sa cause. Le noyau est le chemin magnétique, généralement en fer ou en acier au silicium dans les équipements de puissance ou en nickel-fer dans les inductances de précision. Comprendre la perte dans le fer est essentiel lors de la comparaison des rendements des transformateurs, de la conception des spécifications de bruit et thermiques pour les moteurs, ou de la sélection des matériaux pour les circuits de conversion de puissance à haute fréquence où la perte par courants de Foucault peut devenir dominante.