Quel matériau est utilisé pour le noyau d'un transformateur ?

Acier au silicium (acier électrique)

• Caractéristiques : L'acier au silicium est le matériau de base le plus traditionnel. L'ajout de silicium (généralement de 3 à 5 %) augmente la résistivité pour réduire les pertes par courants de Foucault tout en maintenant une perméabilité magnétique élevée. Laminé à froid tôles d'acier au silicium ont une orientation des grains, ce qui peut optimiser davantage le chemin du flux magnétique.

• Avantages : Faible coût, résistance mécanique élevée et processus de fabrication mature, adapté aux applications à fréquence industrielle (50/60 Hz).

• Inconvénients : Les pertes fer augmentent significativement aux hautes fréquences (pertes par hystérésis + pertes par courants de Foucault) et le rendement est inférieur à celui des nouveaux matériaux.

• Applications :

• Pouvoir transformateurs (systèmes de distribution et de transport) ;

• Transformateurs industriels (équipements moyenne et basse fréquence).

2. Alliage amorphe (acier amorphe)

• Caractéristiques : Structure métal-verre avec arrangement atomique désordonné (comme l'alliage fer-bore-silicium), magnétisme isotrope, réduisant significativement les pertes par courants de Foucault et hystérésis. Les pertes de fer sont de 70 à 80 % inférieures à celles de l'acier au silicium.

• Avantages : rendement ultra élevé (perte à vide extrêmement faible), respectueux de l'environnement et économe en énergie.

• Inconvénients : fragilité mécanique élevée, traitement difficile, densité de flux magnétique de saturation relativement faible (environ 1,5 T) et coût 1,5 à 2 fois supérieur à celui de l'acier au silicium.

• Applications :

• Transformateurs de distribution à haut rendement (en particulier dans les scénarios d’économie d’énergie) ;

• Systèmes d’énergie renouvelable (onduleurs photovoltaïques, transformateurs éoliens).

3. Ferrite

•Caractéristiques : Matériau céramique (à base de MnZn/NiZn), haute résistivité (>10^6 Ω·m), supprime naturellement les courants de Foucault, mais la perméabilité magnétique varie considérablement avec la température.

•Avantages : Excellentes performances haute fréquence (1 kHz - 1 MHz), petite taille, coût modéré.

•Inconvénients : Faible densité de flux de saturation (<0,5 T), cassant, ne convient pas aux applications basse fréquence à haute puissance.

• Applications :

• Alimentations à découpage (SMPS), transformateurs RF ;

• Électronique grand public (chargeurs, téléviseurs, appareils de communication).

4.Matériaux nanocristallins

• Caractéristiques : Structure cristalline à l'échelle nanométrique (alliages à base de fer), combinant une densité de flux de saturation élevée (supérieure à 1,2 T) avec de faibles pertes haute fréquence et une bonne stabilité en température.

• Avantages : Les performances globales dépassent celles de la ferrite, les pertes haute fréquence sont comparables à celles des alliages amorphes.

• Inconvénients : coût élevé, processus de production de masse complexes.

• Applications :

• Transformateurs haute fréquence haut de gamme (équipements médicaux, aérospatiale) ;

• Modules de recharge pour véhicules électriques.

Autres matériaux

• Noyaux en poudre de fer : utilisés dans les inducteurs à moyenne fréquence, forte capacité anti-saturation mais pertes plus élevées.

• Permalloy (à base de nickel-fer) : perméabilité initiale extrêmement élevée, utilisée dans les instruments de précision, mais avec une perméabilité exceptionnellement élevée coût.