Quelles sont les méthodes de soudure utilisées pour l'empilement des noyaux de transformateurs ?

■ Concepts liés au noyau de fer

(1) Aire de la section transversale géométrique : se réfère à l'aire de la section transversale de l'espace occupé par le noyau de fer.

(2) Surface de section efficace : se réfère à la surface de section réelle de la tôle d'acier au silicium obtenue en soustrayant l'espace entre les tôles d'acier au silicium et la surface occupée par l'épaisseur du film de peinture isolante de la surface de section géométrique.

(3) Coefficient de stratification : il s’agit du rapport entre la section efficace du noyau et sa section géométrique. Ce coefficient dépend de l’épaisseur et de la planéité de la tôle d’acier au silicium, ainsi que de l’épaisseur de la couche isolante intercalée. Par exemple, pour une tôle d’acier au silicium de 0,35 mm d’épaisseur, le coefficient de stratification se situe généralement entre 0,91 et 0,96.

(4) Coefficient de remplissage : également appelé coefficient d’utilisation, il correspond au rapport entre la section transversale de la colonne du noyau en fer à structure en escalier et la section du cercle circonscrit à cette colonne. À diamètre égal, plus la section transversale de la colonne du noyau est importante (c’est-à-dire plus le nombre d’escaliers est élevé), plus le coefficient de remplissage est élevé. Cependant, un plus grand nombre d’escaliers implique une plus grande complexité des tôles, ce qui complexifie le processus de fabrication du noyau.

■ Méthode de jointure des tôles d'acier au silicium

Lors de l'empilement du noyau du transformateur, il existe les trois méthodes de soudure suivantes pour les tôles d'acier au silicium.

Couture directe - uniquement pour les tôles d'acier au silicium laminées à chaud

Comme illustré sur la figure 1, ce procédé présente l'avantage d'une mise en œuvre et d'un laminage relativement aisés, ainsi que d'une large zone de recouvrement. De ce fait, le noyau de fer laminé offre une bonne résistance structurelle, une grande intégrité et une faible déformation. Cependant, il ne peut être utilisé qu'avec des tôles d'acier au silicium laminées à chaud. Son utilisation avec des tôles d'acier au silicium orientées laminées à froid, présentant de bonnes propriétés magnétiques dans le sens du laminage, entraîne une dégradation de ces propriétés, due à la non-conduite du flux magnétique au niveau de la soudure dans ce sens, et par conséquent une augmentation des pertes à vide.

Assemblages semi-droits et semi-en biseau - pour tôles d'acier au silicium à grains orientés laminées à froid

Comme illustré sur la figure 2, ce type de joint est utilisé pour les tôles d'acier au silicium à grains orientés laminées à froid. Sa particularité réside dans l'alternance de joints directs et de joints en biseau dans le laminage du noyau. Lorsque la largeur de la tôle constituant le noyau et celle de la tôle de la culasse sont identiques, le joint en biseau présente un angle de 45°. Dans 50 % des cas, les propriétés magnétiques sont nettement améliorées par rapport aux joints directs, la structure est fiable, le cisaillement et l'empilage sont aisés, et le taux d'utilisation des tôles d'acier au silicium est élevé. Toutefois, la présence de joints directs résiduels limite l'exploitation de l'orientation du noyau, ce qui ne permet pas de minimiser les pertes à vide de l'âme en fer.

Joint d'onglet complet - pour tôle d'acier au silicium à grains orientés laminée à froid

Comme illustré sur la figure 3, afin de réduire davantage les pertes à vide du noyau de fer et d'exploiter pleinement les caractéristiques de la tôle d'acier au silicium orientée laminée à froid, il convient d'utiliser des joints obliques complets. Ainsi, la direction du flux magnétique coïncide avec le sens de laminage de la tôle d'acier au silicium, et les pertes dans le noyau sont minimisées. Toutefois, ce type de procédé de soudure est complexe et l'intégrité du noyau de fer empilé s'en trouve compromise.