Qu’est-ce qu’une bobine toroïdale ?
Une bobine toroïdale est une bobine fabriquée en enroulant un fil autour d’un noyau magnétique circulaire.
En formant un circuit magnétique fermé sous la forme d’une bobine toroïdale, elle présente des caractéristiques différentes de celles des bobines ordinaires. Dans les bobines dont les fils sont enroulés en forme circulaire, les lignes de champ magnétique induit sont rayonnées vers l’extérieur à travers la bobine. Cela peut avoir un effet sur les matériaux environnants.
Dans les bobines toroïdales, les lignes de champ magnétique sont fermées, ce qui minimise l’effet sur l’environnement.
Utilisations des bobines toroïdales
Les bobines toroïdales sont utilisées s’il est nécessaire d’exploiter les caractéristiques de la structure en circuit magnétique fermé avec un faible flux de fuite. Elles sont largement utilisées en électronique, par exemple comme bobines d’arrêt dans les circuits d’alimentation, pour éliminer les harmoniques dans les circuits à haute fréquence et les filtres avec une configuration d’inductance et de condensateur.
Par exemple, dans les téléphones mobiles et les réseaux locaux sans fil, les inductances normales peuvent ne pas fonctionner correctement. Elles sont en effet affectées par l’environnement à proximité du circuit dans la bande des ultra-hautes fréquences. L’utilisation de bobines toroïdales peut apporter une solution.
Les bobines toroïdales sont également utilisées comme bobines dans de grands dispositifs tels que les dispositifs de fusion nucléaire, les aimants supraconducteurs ou les accélérateurs de particules chargées. Elles sont également utilisées dans les bobines côté stator des moteurs électriques.
Principe des bobines toroïdales
Une bobine enroulée avec un fil électrique génère un flux magnétique perpendiculaire au fil lorsqu’elle est parcourue par un courant électrique. Une bobine toroïdale est constituée d’un fil de cuivre enroulé autour d’un noyau circulaire en forme de beignet. Comme le noyau est circulaire, les lignes de flux magnétique restent à l’intérieur et ne sortent pratiquement pas vers l’extérieur. Si le fil de cuivre est enroulé plusieurs fois, les flux magnétiques se chevauchent et un champ magnétique puissant peut être obtenu.
Comme il est peu probable que le flux magnétique généré s’échappe vers l’extérieur, l’efficacité de la bobine est extrêmement élevée et le flux magnétique a l’avantage de ne pas affecter d’autres éléments. Les noyaux utilisés dans les bobines toroïdales sont constitués de tôles d’acier à base de fer. Plus précisément, l’on utilise des noyaux en plaques d’acier au silicium FeSi, des noyaux en alliage nanocristallin, des noyaux en alliage à base de FeSi et des noyaux en carbonyle Fe(CO)5. Ils présentent une faible fuite de flux et une inductance stable.
Caractéristiques des bobines toroïdales
Les bobines toroïdales peuvent confiner les lignes de champ magnétique générées par le passage d’un courant électrique dans une bobine enroulée autour d’un corps magnétique en forme de beignet. Cela permet d’obtenir une compacité et un magnétisme élevés, et d’empêcher la fuite des lignes de champ magnétique vers l’extérieur.
Les trois composants de base d’un circuit électrique sont le RLC, la résistance “R”, l’inductance “L” et la conductance “C”.
Une bobine toroïdale est un inducteur dont l’inductance est supérieure à celle d’une bobine à air et dont l’effet est d’autant plus important que la fréquence du courant qui la traverse est élevée. Elle peut donc être utilisée pour éliminer les harmoniques. Une autre bobine peut être ajoutée au corps magnétique de la bobine toroïdale pour créer un transformateur haute fréquence.
De plus, il est possible de construire différents filtres en l’associant à un condensateur C. Celui-ci est inversement proportionnel à la fréquence et, plus la fréquence est élevée, plus le courant passe facilement.
Autres informations sur les bobines toroïdales
Rôle de la bobine toroïdale
1. Action de lissage
La bobine toroïdale a la propriété suivante : lorsqu’un courant essaie de passer dans un fil de cuivre, la bobine essaie de maintenir le courant, et lorsque le courant diminue, la bobine essaie de maintenir le courant. C’est ce que l’on appelle la loi de Lenz. Elle stipule que, lorsque le flux magnétique à travers un circuit fermé varie dans le temps, une force électromotrice induite est générée de telle sorte qu’un champ magnétique est produit dans la direction qui empêche le flux de changer.
Grâce à cette propriété, les bobines toroïdales sont utilisées pour le lissage dans les circuits de puissance qui convertissent le courant alternatif en courant continu et pour les filtres à haute fréquence.
2. Action d’induction mutuelle
L’action d’induction mutuelle est l’induction de puissance d’une bobine dans l’autre lorsque deux bobines sont placées à proximité l’une de l’autre. C’est sur la base de ce principe que les bobines toroïdales sont utilisées dans les transformateurs de puissance.
Les transformateurs de puissance font varier leur tension de sortie en fonction du rapport entre le nombre de spires de la bobine primaire et le nombre de spires de la bobine secondaire. Des tensions multiples peuvent être obtenues en installant des prises intermédiaires sur la bobine secondaire.
3. Action des électro-aimants
Les électro-aimants des bobines sont utilisés par les relais pour ouvrir et fermer les circuits. Ils sont également utilisés dans les générateurs, les moteurs électriques, les cloches et les avertisseurs.