Quels phénomènes provoque la saturation du noyau dans un transformateur onduleur ?

Phénomènes provoqués par la saturation du noyau dans un Transformateur onduleur

La saturation du noyau fait référence au phénomène dans lequel la densité de flux magnétique du matériau du noyau atteint sa limite et le flux ne peut plus être augmenté de manière linéaire. Pour les transformateurs onduleurs, la saturation du noyau peut entraîner une série de défauts électriques graves et une dégradation des performances :

Distorsion et gigue de la forme d'onde de tension

Gigue de tension : la saturation du noyau provoque une forte diminution de l'impédance du noyau au champ magnétique externe, entraînant une distorsion importante de la tension primaire. La forme d'onde de la tension de sortie passera d'une onde sinusoïdale ou carrée idéale à une forme d'onde déformée avec des « lignes brisées » ou des « pointes ». Ce phénomène est communément appelé « gigue de tension » ou « rebond de tension ». Dans les cas graves, la tension de sortie de l'onduleur peut dépasser la plage de sécurité.

Augmentation des pics de courant et du bruit

Pointes de courant et surtensions du courant de saturation magnétique : une fois que le noyau entre dans la région de saturation, la force électromotrice induite ne peut pas limiter efficacement l'augmentation du courant, ce qui entraîne des pointes dans la forme d'onde du courant d'excitation. Cette distorsion de courant augmente non seulement les interférences électromagnétiques (EMI) du système, mais peut également endommager les dispositifs de commutation en raison d'un courant excessif.

Biais de magnétisme et diminution de l’efficacité

Asymétrie du flux magnétique causée par la polarisation magnétique : dans une structure de convertisseur en pont complet, la saturation du noyau s'accompagne souvent d'une polarisation magnétique (la polarisation magnétique fait référence au décalage du point central de la boucle d'hystérésis de travail du noyau). La polarisation magnétique conduit à des largeurs de tension d'impulsion positives et négatives incohérentes, exacerbant encore la distorsion non linéaire du noyau. Sans mesures antimagnétiques efficaces (telles qu'un condensateur série côté primaire), le noyau ne pourra pas retrouver son état de flux initial à chaque cycle, ce qui entraînera une forte baisse de rendement.

Panne d’équipement et risque de surtension

Risque de surtension : lorsque le noyau est saturé, la force électromotrice induite du côté primaire diminue considérablement, tandis que l'inductance du côté secondaire reste relativement constante, ce qui peut provoquer des pics de tension extrêmement élevés au moment de la coupure. De telles surtensions peuvent pénétrer dans la couche d'isolation, endommager le transformateur lui-même et même entraîner des pannes catastrophiques de l'ensemble du système d'onduleur.