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Noyaux de transformateur courant, quels sont-ils ? Dans la majorité des cas, on retrouve deux catégories de transformateur avec un noyau de fer : les transformateurs à coquille et les transformateurs à noyau de ferrite.
Ce genre de noyau dispose classiquement d’une section transversale rectangulaire. Alors, deux culasses latérales composent chaque colonne du noyau. C’est par son aspect de coquille avec l’enroulement qui entoure le noyau de fer qui donne le nom à ce type : le type coquille. Ce noyau en coquille possède moins de copeaux. Alors il se fixe facilement. Cela permet de réduire la perte secondaire à la fuite du flux magnétique. On retrouve le noyau coquille partagé en triphasé et monophasé. Il est possible de considérer une coquille triphasée en une succession de trois transformateurs en coquille monophasés, indépendants les uns des autres, mais côte à côte.
Ce type comporte un enroulement entourant une section en colonne du noyau qui est cylindrique graduée. On nomme ce genre de noyau type de noyau ou type de fer intérieur. C’est un genre de noyau de fer qui dispose de multiples spécificités. Il a besoin d’un serrage et d’une liaison élevés. L’enroulement cylindrique propose une bonne stabilité de court-circuit. De plus, l’isolation entre le noyau et chaque enroulement reste simple à manipuler. Ce type de transformateur dispose d’une bonne gamme d’applications.
Lors du fonctionnement du transformateur, le noyau de fer et les autres accessoires se retrouveraient dans un fort champ électromagnétique s’il n’existait pas de lien à la terre. Alors, les autres accessoires et le noyau de fer possèderaient un inéluctable potentiel flottant à cause de l’effet du champ électromagnétique. En cas de tensions appliquées, une décharge d’étincelle risquerait de se produire si jamais la différence de potentiel entre un certain point et la terre ou entre deux points se retrouverait plus grande que la tension de tenu diélectrique entre les deux. On peut aussi dire que cela se produirait en cas de dépassement de la tension de décharge. Alors, l’huile isolante risquerait de se décomposer ou il pourrait y avoir un endommagement du milieu isolant solide. Cela provoquerait à coup sûr un accident. Donc, pour éviter ce risque lié à la décharge du transformateur, son noyau doit posséder un lien à la terre. Attention, un seul point à la terre suffit. En effet, si jamais plusieurs points existaient, on risquerait de retrouver un chemin de courant de Foucault. Ce dernier engendrerait au niveau du noyau un échauffement local. Cela ne doit pas arriver, donc un seul point à la terre suffit. De plus, les surcouches de peintures des tôles d’acier au silicium ne permettent pas de bloquer ces courants de Foucault. Mais, cela veut dire qu’il est possible de relier une pièce de tôle d’acier à la terre pour relier l’ensemble du noyau de fer à la terre.
Dans tout transformateur de puissance, doivent se retrouver au moins des enroulements et un noyau de fer. Ainsi, ils utilisent avec efficacité l’induction électromagnétique.Dans un transformateur, les enroulements restent les composants principaux. Pour obtenir une bonne durée de vie du corps du transformateur et une résistance de l’isolation, il faut conserver une robustesse aux courts-circuits et une grande résistance mécanique. Pour déterminer ces exigences, il existe des normes. La première GB/T 16274-1996 détermine les « Paramètres techniques et exigences pour les transformateurs de puissance à bain d’huile de classe 500 kV ». La seconde GB/T 6451-1999 régit les « Paramètres techniques et exigences pour les transformateurs de puissance triphasés à bain d’huile ». Ces niveaux d’exigences liés aux enroulements et aux différents niveaux de tension orientent grandement les dispositions à prendre dans la pratique et notamment les coutures ou joint d’un noyau.
Les coutures ou joints permettent de lier la colonne du noyau de fer et l’étrier en fer. Il existe plusieurs formes de la section transversale d’une colonne de noyau. On retrouve par exemple une section transversale linéaire, une section transversale rectangulaire et une section transversale circulaire avec plusieurs niveaux.
Pour les formes de sections de l’étrier on retrouve une section rectangulaire, une section en forme de T à simple niveau ou à niveaux multiples, une section avec T inversé également à simple niveau ou niveaux multiples, une section elliptique avec plusieurs pôles et enfin une section circulaire avec de nombreux étages. Cinq grands types de coutures de noyau de fer existent. la couture à onglet en escalier, la couture à onglet standard, la couture à onglet en intersection, la couture mixte (semi-oblique et semi-droite) et la couture directe.
On parle aussi de joint à onglet pointu. En effet, les pièces centrales possèdent toutes 450 biseaux avec des coins pointus qui ressortent de l’étrier en fer (dans ce dernier les coins pointus sont éliminés). Il existe donc un intervalle de la même taille que le coin pointu situé à l’intérieur du coin. Cela implique une amélioration locale de la perte magnétique et de la densité. En effet, la partie de chevauchement reste petite, alors le coin de flux magnétique est minime et la performance à vide devient bonne. Alors, le besoin en tôle d’acier au silicium reste élevé.
Dans ce genre de joint, toutes les piles du noyau en fer sont directement jointes. Alors la partie de chevauchement correspond à 100 % de l’étendue du noyau. Mais, plus la partie de chevauchement est importante avec des tôles d’acier au silicium à grains orientés laminées à froid et plus les propriétés magnétiques risquent d’être mauvaises. De plus, le flux risque également de s’éloigner de la direction du laminage. Donc il est préférable d’avoir des tôles d’acier au silicium laminées à chaud.
On parle aussi de joints à angle variable. On ne retrouve pas un angle entre le noyau de fer et la couture de 450, mais plus 350/550 avec un chevauchement alternatif. Il est aussi possible de retrouver des angles à 420/480 ou 300/600. Il est possible d’avoir un joint à recouvrement alterné. Toutefois, il faut que la largeur de la pièce de l’étrier en fer et la largeur de la colonne du noyau reste la même. Dans ce type de joints, de coutures, la zone de recouvrement est restreinte et le cisaillement est complexe.
Dans ce type de couture, la soudure à onglet et la directe se retrouvent l’une après l’autre dans chaque pile. Au moment où les largeurs de l’étrier en fer et de la pièce de la tige sont les mêmes, le joint à onglet est de 450. Il existe alors un chevauchement à hauteur de 50 % du coin. Ainsi, les performances sont considérablement augmentées en comparaison à une couture directe. De plus, avec un empilement par cisaillement pratique, la résistance de la structure reste fiable. Aussi, cela élève le taux d’utilisation des tôles d’acier en silicium. Malheureusement, une partie des tôles (la moitié) étant soudée directement, une partie des performances est altérée.
Généralement, on retrouve différents types de noyaux laminés. Ce sont ceux à fourche latérale monophasée (avec trois colonnes monophasées), ceux à doubles colonnes monophasées, à trois colonnes triphasées et enfin avec un empiècement latéral triphasé (soit cinq colonnes triphasées).
On retrouve dans le même plan la culasse du noyau de fer empilé à double colonne monophasée et la colonne du noyau de fer. D’une structure simple, des bobines recouvrent les deux colonnes.
Ce type est le même qu’avec un empiècement latéral triphasé. Au sein du transformateur monophasé, la colonne centrale est composée par le noyau. Des deux côtés, on retrouve les culasses latérales. Ce noyau en coquille est adapté pour les transformateurs de grande taille, et les transformateurs fonctionnant à haute tension.
Au sein du transformateur triphasé, chaque colonne correspond à une phase avec une bobine. Ce genre de structure est caractéristique des transformateurs classiques et convient parfaitement aux transformateurs triphasés.
On retrouve dans ce genre trois colonnes de noyau qui se retrouve au centre du noyau laminé triphasé à fourche latérale. Dans ce type, les fourches en fer au-dessus et en dessous ainsi que celle sur les côtés correspondent environ à la moitié des colonnes du noyau. Ce genre se retrouve principalement dans les transformateurs de tension triphasée avec trois enroulements ou ceux, triphasés avec de grande capacité.
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