La saturation magnétique : définition

Définition de la saturation magnétique

 

Le matériau magnétique d'un transformateur est constitué de fer (en tôles) ou de ferrite. Ce sont des aimants microscopiques qui sont, à priori, orientés dans n'importe quelle direction (aucune direction privilégiée). Les aimantations de chaque aimant microscopique se compensent donc globalement.

 

 

Lorsque ce matériau est soumis à un champ magnétique croissant, les aimants vont s'orienter progressivement selon ce champ. L'aimantation globale tendra à suivre le champ appliqué.

 

 

 

 

Si on continue d'augmenter le champ magnétique extérieur, il arrive un moment où tous les aimants sont orientés selon le champ et ne peuvent donc plus faire augmenter l'aimantation globale du matériau.

 

L'aimantation globale n'est plus proportionnelle au champ magnétique extérieur : c'est la saturation magnétique.

 

Pour l'observer en pratique, on peut alimenter un bobinage de transformateur par une tension trop grande (par exemple, alimenter un transfo 230V par du 400V...) ou alimenter le primaire par une tension continue.

 

 

Mise en évidence

 

On étudie un transformateur à vide et son courant primaire à vide (courant magnétisant) lorsque la tension d'entrée varie. L'enroulement secondaire ne joue aucun rôle.

 

Le primaire d'un transformateur doit avoir un nombre minimum de spires pour éviter la saturation du noyau magnétique, c'est à dire appeler un courant excessif sur le réseau. En effet, le matériau magnétique ne joue plus son rôle et l'inductance du primaire (inductance magnétisante) chute fortement. Electriquement, c'est un comportement de diode zener en alternatif : au delà d'une tension (U) aux bornes, le courant passe franchement. Cette tension est proportionnelle à la fréquence (f), à la section (S) du noyau magnétique et au champ magnétique maximal (Bmax) qui peut traverser le noyau magnétique. La formule de Boucherot détermine cette tension efficace

maximale admissible (en régime sinusoïdal) :

 

U = 4.44 Bmax.N.S.f (4.44 = Pi.racine(2))

 

U est proportionnelle à N. Il y a donc une tension maximale par spire qui ne peut pas être dépassée.

 

Astuce sur les transfos toriques

 

Sur un transfo torique de 300VA branché sur 230V/50Hz, on obtient environ 0.3V par spire. En bobinant rapidement 10 spires, on obtiendra un enroulement qui donne 3V ! Utile aux bricoleurs...