Pourquoi les tôles d'alliage amorphe sont-elles plus fines que les tôles d'acier au silicium ?
Un transformateur en alliage amorpheest un nouveau type de transformateur écoénergétique qui utilise un noyau fabriqué à partir de alliage amorphe Le noyau de ces transformateurs est constitué de bandes de matériau amorphe. Les transformateurs à noyau en alliage amorphe offrent des avantages considérables en termes d'économies d'énergie et de respect de l'environnement. Comparés aux transformateurs S13, les transformateurs à noyau en alliage amorphe présentent une réduction de 57 % des pertes à vide. Comparés aux transformateurs S11, cette réduction atteint 64 %, et comparés aux transformateurs S9, elle est de 72 %.
Lors du processus de formage, l'alliage amorphe subit un refroidissement rapide et développe des contraintes lors de l'enroulement du noyau. Ce matériau est très sensible aux contraintes mécaniques, car les contraintes de traction et de flexion peuvent affecter ses propriétés magnétiques. Pour obtenir des caractéristiques de pertes favorables, le noyau en alliage amorphe doit subir un recuit sous des conditions de champ magnétique spécifiques après formage. Cependant, ce recuit est un procédé complexe qui exige une grande précision. Les pertes dans le noyau de l'alliage amorphe augmentant avec la pression, une attention particulière doit être portée à la conception structurelle du corps du transformateur pendant le recuit, ainsi qu'à la mise en œuvre de mesures appropriées et efficaces. Après recuit, le matériau du noyau en alliage amorphe devient extrêmement fragile et sujet à la formation de débris, ce qui nécessite des mesures de procédé spécifiques lors de la production. L'épaisseur des tôles du noyau en alliage amorphe est extrêmement faible, seulement 0,025 mm, soit moins d'un dixième de l'épaisseur des tôles d'acier au silicium couramment utilisées. Le facteur d'empilement des noyaux en alliage amorphe est relativement faible, à seulement 0,86. La densité de flux magnétique à saturation des alliages amorphes étant faible (environ 1,5 T), la densité de flux magnétique nominale des noyaux en alliage amorphe (1,3–1,4 T) est inférieure à celle des tôles d'acier au silicium laminées à froid (1,6–1,7 T). De ce fait, la conception des produits est contrainte par les propriétés des matériaux.
Performances des transformateurs en alliage amorphe
L'alliage amorphe à base de fer utilisé dans les noyaux de transformateurs est dépourvu de structure cristalline, ce qui lui confère un faible pouvoir magnétisant et une résistivité élevée, réduisant ainsi considérablement les pertes par courants de Foucault. Par conséquent, les pertes et le courant à vide des transformateurs à noyau en alliage amorphe sont exceptionnellement faibles. Les pertes à vide de ces transformateurs ne représentent qu'environ 35 % de celles des transformateurs de distribution de type S11, ce qui les rend particulièrement adaptés aux zones à forte variabilité de la consommation électrique, telles que les régions rurales, les villes, les établissements scolaires et l'éclairage public. Certains craignent toutefois que les pertes à vide des transformateurs à noyau en alliage amorphe n'augmentent avec le temps. Cette crainte est infondée, car la température de Curie de l'alliage amorphe est d'environ 415 °C et sa température de cristallisation de 550 °C. Ces températures sont suffisamment élevées pour des procédés tels que la mise en forme des bandes amorphes, le recuit du noyau après formage, les températures de fonctionnement normales et la stabilité thermique en court-circuit. En pratique, les inquiétudes concernant la cristallisation sont donc sans fondement.
Performance économique et avantages sociaux
Grâce à leurs très faibles pertes à vide, les transformateurs à noyau en alliage amorphe permettent de réaliser d'importantes économies d'énergie et de réduire efficacement les pertes sur les lignes du réseau électrique. Dans les conditions actuelles du marché, une analyse économique comparative des transformateurs de distribution triphasés à noyau en alliage amorphe immergé dans l'huile de type SH15 et de type S9 montre que le retour sur investissement des transformateurs à noyau en alliage amorphe est d'à peine plus de trois ans, après quoi les utilisateurs bénéficient d'avantages à long terme. La demande annuelle de transformateurs en Chine est d'environ 100 millions de kVA. Si les transformateurs à noyau en alliage amorphe étaient adoptés à 100 %, les économies d'électricité annuelles pourraient dépasser 20 milliards de kWh, ce qui représenterait une réduction des coûts énergétiques de près de 10 milliards de yuans. De plus, cela engendrerait des avantages environnementaux considérables en réduisant les émissions de CO₂ et de SO₂ dans l'atmosphère et en minimisant les déchets non recyclables. Dans une perspective à long terme, la promotion des transformateurs à noyau en alliage amorphe peut permettre au pays de réaliser d'importantes économies d'énergie tout en apportant des avantages environnementaux notables, ce qui justifie leur adoption à grande échelle.