Salut! En tant que fournisseur de transformateurs de type sec, j'ai récemment reçu de nombreuses questions sur la manière dont ces mauvais garçons dissipent la chaleur. Alors, j'ai pensé que je prendrais quelques minutes pour tout expliquer pour vous.
Tout d’abord, parlons des raisons pour lesquelles la dissipation thermique est si importante. Lorsqu'un transformateur est en fonctionnement, il génère de la chaleur en raison des pertes électriques dans les enroulements et dans le noyau. Si cette chaleur n'est pas correctement dissipée, elle peut entraîner une augmentation de la température du transformateur, ce qui peut entraîner toute une série de problèmes, notamment une efficacité réduite, un vieillissement prématuré et même une panne.
Alors, comment les transformateurs de type sec restent-ils froids ? Eh bien, différents mécanismes sont en jeu, et je vais passer en revue chacun d’eux en détail.
Convection naturelle
L’un des mécanismes de dissipation thermique les plus fondamentaux utilisés dans les transformateurs de type sec est la convection naturelle. Il s’agit du processus par lequel l’air chaud monte et l’air froid descend, créant ainsi un flux d’air naturel autour du transformateur.
Dans un transformateur de type sec, les enroulements et le noyau sont généralement enfermés dans un boîtier métallique. À mesure que le transformateur chauffe, l’air à l’intérieur de l’enceinte se réchauffe également et monte. Cela crée une zone de basse pression au bas de l’enceinte, qui aspire l’air frais de l’extérieur. L'air frais circule ensuite sur les enroulements et le noyau, absorbant la chaleur et l'évacuant.
La convection naturelle est un moyen simple et efficace de dissiper la chaleur, mais elle a ses limites. C'est plus efficace lorsque le transformateur fonctionne à faibles charges et dans un endroit bien ventilé. Si le transformateur fonctionne à des charges élevées ou dans un espace confiné, la convection naturelle peut ne pas suffire à maintenir la température sous contrôle.
Refroidissement par air forcé
Pour surmonter les limites de la convection naturelle, de nombreux transformateurs de type sec sont équipés de systèmes de refroidissement à air pulsé. Ces systèmes utilisent des ventilateurs pour souffler de l'air frais sur les enroulements et le noyau, augmentant ainsi le taux de transfert de chaleur.
Il existe deux principaux types de systèmes de refroidissement à air pulsé : auto-refroidis (AN) et refroidi par air pulsé (AF). Dans un système auto-refroidi, les ventilateurs ne sont utilisés que lorsque le transformateur fonctionne à faibles charges. Lorsque la charge augmente, les ventilateurs s'allument automatiquement pour fournir un refroidissement supplémentaire. Dans un système refroidi par air pulsé, les ventilateurs fonctionnent toujours, assurant un refroidissement continu quelle que soit la charge.
Le refroidissement par air forcé est plus efficace que la convection naturelle pour dissiper la chaleur, en particulier à des charges élevées. Il permet au transformateur de fonctionner à des températures plus élevées et pendant des périodes plus longues sans surchauffe. Cependant, les systèmes de refroidissement à air pulsé nécessitent également plus d’énergie pour fonctionner, ce qui peut augmenter les coûts d’exploitation du transformateur.
Transfert de chaleur radiative
En plus de la convection naturelle et du refroidissement par air forcé, les transformateurs de type sec dissipent également la chaleur par transfert de chaleur radiatif. Il s’agit du processus par lequel la chaleur est transférée d’un objet chaud à un objet plus froid par rayonnement électromagnétique.
Dans un transformateur de type sec, les enroulements et le noyau émettent un rayonnement infrarouge qui est absorbé par l'air ambiant et le boîtier métallique. Le rayonnement absorbé réchauffe ensuite l’air et l’enceinte, qui à leur tour dissipent la chaleur par convection et conduction naturelles.
Le transfert de chaleur par rayonnement constitue une composante relativement faible de la dissipation thermique totale dans un transformateur de type sec, mais il peut néanmoins avoir un impact significatif sur la température du transformateur. En utilisant des matériaux à haute émissivité (capacité d’émettre un rayonnement), le taux de transfert de chaleur radiatif peut être augmenté, ce qui peut aider à maintenir la température du transformateur sous contrôle.
Dissipateurs de chaleur
Une autre façon d’améliorer la dissipation thermique des transformateurs de type sec consiste à utiliser des dissipateurs thermiques. Les dissipateurs thermiques sont des dispositifs de refroidissement passifs conçus pour augmenter la surface du transformateur, permettant ainsi de dissiper davantage de chaleur par convection et rayonnement.
Les dissipateurs thermiques sont généralement constitués de matériaux à haute conductivité thermique, tels que l'aluminium ou le cuivre. Ils sont fixés aux enroulements et au noyau du transformateur et aident à transférer la chaleur du transformateur vers l’air ambiant.
Les dissipateurs thermiques peuvent être très efficaces pour dissiper la chaleur, en particulier dans les applications où l'espace est limité et où le refroidissement par air forcé n'est pas pratique. Cependant, ils peuvent également ajouter du poids et du coût au transformateur. Ils doivent donc être soigneusement conçus et dimensionnés pour garantir qu'ils fournissent le maximum de refroidissement avec un minimum de coûts supplémentaires.
Conclusion
Alors voilà ! Ce sont les principaux mécanismes de dissipation thermique utilisés dans les transformateurs de type sec. En combinant la convection naturelle, le refroidissement par air forcé, le transfert de chaleur radiatif et les dissipateurs thermiques, les transformateurs de type sec peuvent dissiper efficacement la chaleur générée pendant le fonctionnement, garantissant ainsi des performances fiables et efficaces.
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Références
- Ingénierie des sous-stations électriques, troisième édition par Turan Gonen
- Ingénierie des transformateurs : conception, technologie et diagnostics par George Karady et G. Venkata Subrahmanyam