Les transformateurs toroïdaux sont idéaux pour l'isolation électrique des équipements médicaux car ils sont compacts, peuvent être complètement encapsulés si nécessaire et ont de faibles champs parasites, ce qui les rend moins susceptibles de provoquer des perturbations électromagnétiques.
L'isolement signifie séparer physiquement et électriquement deux parties d'un circuit qui peuvent interagir. L'isolation est obtenue en utilisant le couplage de champs électromagnétiques entre les deux circuits.
Pour qu'une méthode d'isolation soit suffisamment sûre pour être utilisée dans un équipement médical, elle doit comporter deux éléments : des composants d'isolation à haute intégrité et une barrière d'isolation sûre. Par exemple, un isolateur peut être un morceau de plastique, un espace de retenue dans un circuit imprimé ou un espace d'air.
Les trois méthodes d'isolement les plus couramment utilisées sont les suivantes optocoupleurs (lumière), transformateurs (flux magnétique), et coupleurs capacitifs (champ électrique).
L'isolation offre plusieurs avantages en matière de sécurité dans les équipements médicaux :
- il rompt les boucles de terrain
- il améliore la réjection de la tension en mode commun
- il permet aux deux parties du circuit d'être à des niveaux de tension différents, ce qui signifie qu'un côté peut être sûr tandis que l'autre est à des niveaux de tension dangereux.
Pour les besoins de cette discussion, nous nous concentrerons sur l'utilisation de transformateurs comme méthode d'isolation électrique des équipements médicaux.
Aperçu des transformateurs
A transformateur est un appareil électrique qui transfère de l'énergie entre deux ou plusieurs circuits par induction électromagnétique.
Les transformateurs sont généralement utilisés pour augmenter ou diminuer la tension du courant alternatif dans les applications électriques. Pour ce faire, on fait passer un courant variable dans l'enroulement primaire afin de générer un flux magnétique dans le noyau du transformateur.
Ce flux induit alors une tension dans l'enroulement secondaire du transformateur. En fonction du rapport entre les enroulements primaires et les enroulements secondaires, la tension de sortie du transformateur peut être augmentée ou diminuée.
Pour la plupart des transformateurs conçus pour être utilisés dans les maisons ou les bureaux, l'un des deux styles de transformateurs est utilisé : EI à noyau laminé ou à noyau toroïdal.
Construction de transformateurs E-I
Dans une structure E-I, les composants “E” et “I” correspondants sont estampés à partir de feuilles d'acier électrique mince à grains orientés qui sont ensuite empilées pour créer le noyau. Les enroulements primaires et secondaires sont enroulés sur des bobines. Plusieurs bobines sont placées sur des broches et tournent afin d'appliquer les enroulements.
Cette méthode d'utilisation des bobines permet une automatisation qui réduit les temps de fabrication et fournit également une isolation entre les enroulements et le noyau. Les tôles du noyau EI sont empilées à l'intérieur des bobines pour compléter le transformateur.
Construction d'un transformateur toroïdal
Un noyau toroïdal est constitué d'une bande continue d'acier au silicium, qui est enroulée comme un ressort d'horlogerie bien tendu. Les extrémités sont fixées par de petites soudures ponctuelles afin d'empêcher l'acier enroulé de se dérouler. Le noyau est isolé par un revêtement époxy ou par un ensemble de capuchons ou d'enveloppes multiples de film isolant (comme le Mylar ou le Nomex).
Les enroulements du transformateur sont appliqués directement sur le noyau lui-même. Une isolation supplémentaire est nécessaire pour isoler les enroulements.
Étant donné que les bobines doivent être enroulées à travers le trou central du noyau et que le noyau est d'une seule pièce, les bobines ne peuvent pas être utilisées sur les transformateurs toroïdaux. Cela rend la fabrication des transformateurs toroïdaux plus exigeante en termes de main-d'œuvre.
Si les transformateurs toroïdaux demandent plus de travail et ne se prêtent pas à l'automatisation, pourquoi les utilise-t-on ? La réponse réside dans les performances.
La bande d'acier continue utilisée dans le noyau permet au transformateur d'être plus petit, plus léger, plus efficace et plus silencieux qu'un laminé EI. Ces qualités sont très recherchées dans les équipements électriques médicaux (et dans de nombreuses autres applications) et justifient le coût supplémentaire.
Conclusion
Les transformateurs toroïdaux sont idéaux pour l'isolation électrique des équipements médicaux car ils sont compacts et peuvent être complètement encapsulés si nécessaire. Ils présentent également de faibles champs parasites et sont donc moins susceptibles de provoquer des perturbations électromagnétiques par rayonnement.
Dans notre article suivant, Nous allons nous pencher plus en détail sur les transformateurs toroïdaux d'isolation médicale et sur leur conception.
Pour en savoir plus, consultez notre livre blanc - Amélioration des transformateurs d'isolation médicale grâce à la technologie du capuchon de noyau segmenté
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