Qu'est-ce qui fait un bon transformateur toroïdal ?

Sélection du matériau de base

En général, le prix d'un transformateur est déterminé par son noyau et son cuivre, tous les autres matériaux ne contribuant que pour 10~15% au prix. Le prix du cuivre est généralement déterminé par la Bourse des métaux de Londres (LME), mais le coût du noyau peut varier considérablement en fonction du choix du matériau

Certains fabricants à bas prix (dont beaucoup sont basés en Chine) sont en mesure de réduire leurs prix en utilisant de l'acier recyclé (Grade B) pour les noyaux de leurs transformateurs. Toutefois, ce matériau de noyau moins cher se paie d'une fiabilité et d'une performance moindres.

Les noyaux haute performance sont fabriqués à partir d'une bande continue d'acier vierge de première qualité, sans espace d'air ni feuilles d'acier ou tôles détachées susceptibles de provoquer des vibrations. L'utilisation de matériaux vierges permet également aux ingénieurs de concevoir des transformateurs à un point d'induction magnétique spécifié par les usines, réduisant ainsi les pertes associées aux transformateurs.

Un faible niveau de bruit et un rendement élevé sont deux raisons populaires de choisir des transformateurs toroïdaux. Talema a mis au point des techniques de fabrication spécialisées pour fournir les noyaux les plus silencieux possibles sans les inconvénients habituels, tels que des pertes plus élevées et des dimensions plus importantes.

Sélection du fil magnétique

Le fil utilisé pour le bobinage dans les équipements électriques est généralement appelé fil magnétique. L'aluminium et le cuivre sont tous deux utilisés à cette fin, mais le cuivre est généralement préféré dans les transformateurs toroïdaux en raison de sa capacité de transport de courant, de son coût, de sa taille et de ses propriétés électriques et thermiques.

Les enroulements d'un transformateur toroïdal sont exposés sur toute la surface du transformateur, ce qui permet un transfert optimal de la chaleur résiduelle des enroulements en cuivre. Cela permet souvent au concepteur d'utiliser un fil de calibre un peu plus petit que ce qui serait prudent - sans dépasser la limite d'élévation de température spécifiée - si la régulation de la charge et les considérations d'efficacité le permettent.

Le fil émaillé à double revêtement est également important pour atténuer le risque de court-circuit après l'enroulement du fil autour de l'âme.

Techniques d'enroulement

Le processus d'enroulement du transformateur toroïdal est également particulièrement important. La construction du bobinage peut grandement influencer l'inductance de fuite, c'est pourquoi une attention particulière doit être apportée aux applications spécifiques de courant de fuite.

L'enroulement du fil émaillé doit être disposé uniformément et nivelé, et la force d'enroulement de la machine doit être correctement ajustée pour éviter la perforation du fil émaillé au cours du processus d'enroulement. Ainsi, le fil émaillé peut entourer uniformément le noyau toroïdal sans risque de court-circuit.

Technique de remontage des banques

Un enroulement en nappe est un enroulement dans lequel la bobine est enroulée de manière à ce que des portions de l'enroulement total soient enroulées dans un certain nombre d'éléments en forme de tarte. segments autour du tore. Une fois que le nombre impair de segments souhaité a été enroulé dans un sens (sens des aiguilles d'une montre), le nombre pair de segments suivant est enroulé dans l'autre sens (sens inverse des aiguilles d'une montre). Cette opération est répétée jusqu'à ce que le bobinage soit terminé. L'enroulement en nappe réduit considérablement le gradient de tension maximal d'un tour à l'autre ou la contrainte exercée sur l'isolation du conducteur. Il offre ainsi une protection contre les pointes de tension qui sont très fréquentes dans toutes les applications.

Technique d'isolation de l'enroulement

La technique d'isolation inter-bobinage consiste à placer une couche d'isolant mylar à mi-chemin d'un enroulement primaire unique ou entre des enroulements individuels dans une configuration à double primaire.

Choix des matériaux d'isolation appropriés

Le matériau d'isolation du transformateur toroïdal détermine sa sécurité et sa durée de vie. Plus le matériau d'isolation est de qualité, plus la résistance aux chocs est élevée. Une bonne isolation réduit considérablement les risques de court-circuit et de fuite, ce qui prolonge la durée de vie du transformateur.

En règle générale, tous les transformateurs doivent répondre aux normes de sécurité internationales, telles que celles émises par Underwriters Laboratories (UL) et la Commission électrotechnique internationale (CEI). Ces codes de sécurité spécifient les données d'isolation pour l'isolation à base de plastique de type sec utilisée entre les enroulements primaires et secondaires dans les transformateurs de puissance toroïdaux, telles que l'épaisseur totale minimale de l'isolation (DTI), le nombre minimal de couches de film plastique et la distance de fuite minimale le long de la surface du matériau d'isolation.

Les transformateurs toroïdaux nécessitent une isolation à différents endroits ou étapes de la construction. Les normes de sécurité internationales spécifient les exigences minimales pour l'épaisseur totale de l'isolation, ainsi que le nombre de couches d'isolation et les lignes de fuite requises. L'isolation est assurée entre le noyau toroïdal et le premier enroulement (isolation de la masse), entre les enroulements successifs (isolation entre enroulements) et à l'extérieur du dernier enroulement (enveloppe extérieure).

L'isolation du noyau est généralement réalisée de l'une des manières suivantes :

1. Durcissement d'une couche isolante en plastique ou en céramique sur la surface extérieure du noyau.
2. Mise en place de bouchons en plastique sur le dessus et le dessous du noyau.
3. Enroulement d'une étroite bande de matière plastique se chevauchant à travers le trou central du tore.

Les deux premières méthodes d'isolation des noyaux ne conviennent pas à l'isolation d'un enroulement, car celui-ci ne peut supporter la température élevée de durcissement, et la taille et la forme des enroulements sont si variables qu'il est impossible d'utiliser des capuchons standardisés. L'isolation sur les enroulements est donc presque exclusivement réalisée en enroulant une bande étroite de matière plastique au centre du tore de manière à ce qu'elle se chevauche.

Imprégnation

Les transformateurs de faible puissance et les fils de petite taille peuvent être imprégnés afin de prolonger leur durée de vie et d'éviter les courts-circuits. Dans des applications spéciales telles que l'audio, le noyau toroïdal est souvent imprégné pour arrêter le bourdonnement audible.

Fils et gaines de plomb

Comme pour l'isolation, les fils conducteurs et les manchons doivent répondre aux normes de sécurité internationales. Talema utilise généralement des fils conducteurs de la catégorie UL AVLV2 pour les câbles de 300 V minimum, et des manchons de la catégorie UL YDPU2/UZFT2 pour les tubes de 300 V minimum. Tous deux sont sélectionnés conformément aux normes EN61558, UL5085, UL60601-1 et UL62368. Les fils de plomb et les matériaux de gainage de catégories de tension/température plus élevées sont utilisés sur les transformateurs de classes d'isolation plus élevées (classes B et F).

Bouclier électrostatique

Des écrans électrostatiques sont parfois ajoutés aux transformateurs toroïdaux pour filtrer les interférences électrostatiques provenant de l'alimentation secteur et pour dériver vers la terre en cas de défaillance de l'isolation principale. Les écrans sont construits à l'aide d'une bobine d'enroulement à couche de cuivre, isolée avec du polyester, qui s'enroule généralement entre les enroulements primaire et secondaire. Il existe deux techniques de construction : fermée à l'extérieur et ouverte à l'extérieur.

Bouclier magnétique

Les transformateurs toroïdaux ont déjà, par nature, de faibles champs de fuite magnétiques. Si une réduction supplémentaire est nécessaire, les transformateurs peuvent être fournis avec un blindage magnétique supplémentaire. Ce blindage est constitué d'une fine tôle d'acier au silicium à grains orientés, enroulée en plusieurs couches autour de la circonférence du transformateur toroïdal et fixée à l'aide d'une enveloppe extérieure.

Mise en pot ou encapsulation

Le matériau thermoplastique est utilisé pour l'encapsulation et offre une excellente protection contre les chocs et les vibrations. Le matériau d'enrobage peut également être thermoconducteur si nécessaire.

Conclusion

La qualité globale d'une transformateur toroïdal est déterminé par de nombreux choix de conception. Comme pour tout composant technique, le coût dépend de la qualité des matériaux et des techniques de construction. Les ingénieurs concepteurs de Talema ont des dizaines d'années d'expérience combinée dans la conception de produits magnétiques sur mesure et seraient heureux de vous aider à spécifier les composants de votre prochain projet. Contactez nous aujourd'hui !