Чому трифазні трансформатори не використовують тороїдальні сердечники?

Переглядаючи різні конструкції сердечника трансформатора, трифазні, я ніколи не бачу жодної серцевини, розробленої як коло або торус.

Чому це так? Чи не буде це працювати так само добре, як загальне В-подібне ядро?

Три котушки в магнітних рядах, як ви їх намалювали, не будуть робити 3-фазний трансформатор. Було б лише одне значення для потоку, яке було б загальним для всіх трьох котушок, оскільки кожна котушка оточує весь поперечний переріз серцевини.

У реальному трифазному трансформаторі кожна котушка оточує лише частину серцевини, так що кожна котушка може працювати при різному потоці.

Трифазний трифазний трансформатор дозволяє економити залізо над трьома однофазними трансформаторами, поділяючи частину або весь шлях повернення заліза.

Щоб відповісти на ваш коментар щодо трифазного торроїда:

Оскільки, здається, згідно з wikipedia: Toroidal індуктори та трансформатори, дизайн повинен бути кращим. Але я не бачу згадки про трифазне використання, лише про однофазному.

Малюнок 1. 3-фазний потік трансформатора. Джерело: NPTEL .

У трифазному трансформаторі кожна первинна і вторинна пара намотуються на одну і ту ж «кінцівку» або «гілку». З різницею фаз 120 ° на кожній гілці потік на одній гілці завжди може знайти шлях на двох інших, щоб завжди існував флюсовий контур. Наприклад, коли червона фаза (рис. 1) дорівнює максимуму вгору, жовта і синя будуть на 0,5 вниз.

Таке розташування неможливо на стандартному тороїдальному трансформаторі.

Можна було побудувати трифазний трансформатор із торіодів. Однак вам потрібен унікальний магнітний потік у кожному і єдиний спосіб, який ви могли зробити, це скласти три окремі торіоди зверху або один біля одного. В основному у вас буде три однофазні трансформатори в одному ящику.

Я готовий зробити ставку на те, що історично трифазні трансформатори справді були побудовані як три окремі трансформатори, поки хтось не зрозумів, що, оскільки три фази розташовані на відстань 120 градусів, магнітні ефекти інших двох котушок в основному скасовуються на первинній котушці, про яку йдеться . Комбінуючи їх на одному сердечнику, ви зможете значно зменшити вагу і вартість всього трансформатора.

Взагалі тороїдні трансформатори дорогі. Мало того, що саму серцевину важче виготовити, але й акт намотування вимагає або дуже дорогого в'язального обладнання, або ручного намотування. Це на порядок дорожче порівняно з простими машинними намотувальними бобінами, встановленими на ламінованих ядрах.

Однак силові тороїдальні формоформери виготовляються шляхом намотування дуже тонкої металевої майже фольги, виготовленої шляхом гартування дуже швидко, тому вона має неймовірно високу прохідність (пам'ятаю, коли це було новим - я справді старий). Я думаю, що його вперше назвали Metglass? Тож у постачанні обладнання, якщо ви дбаєте про вагу, ви можете використовувати toroidals. Я бачив промислове обладнання високої потужності з трьома окремими тороїдами, які використовуються як трифазний крок вниз. Я не думаю, що це масштабується до рівня потужності "полюсних свиней" для розподілу комунальних послуг, і, ймовірно, не буде рентабельним.

Ви можете використовувати форму колеса з трьома спицями, однією первинною та вторинною обмоткою на кожній спиці для кожної фази та відсутністю обмоток на тородіальному колесі. Але це та сама топологія, що і звичайний трифазний трансформатор з В-подібним сердечником, описаний у відповіді, поданій Транзистором.

Чи не буде це працювати так само добре, як загальне В-подібне ядро?

Ні, не буде.

Інші відповіді вже пояснювали, чому тороїдальне ядро ​​не підходить для компактного трифазного трансформатора. Але навіть якщо це не має значення і ви враховуєте три однофазні трансформатори, тороїдальне ядро ​​не працюватиме в більшості програм, що включають три фази.

Тороїдальні сердечники добре працюють для приладових трансформаторів, перетворювачів та інших застосувань, де не відбувається значного потоку електроенергії.

Трифазні трансформатори майже виключно використовуються для потужних застосувань, наприклад, для підключення генераторів і двигунів до електричної мережі та для перетворення напруг в електромережі. У будь-якому випадку бере участь велика кількість енергії. Для транспортування цієї енергії вам фактично потрібна потоки витоків, яких у вас (майже) не буде у випадку тородіального ядра.

Якщо ви завантажите тородіальний трансформатор з великим струмом, вторинна напруга буде значно знижена або навіть зникне.

Вся справа нелегка для розуміння і пускання на багато дискусій під моїми колегами. Для отримання більш глибокого розуміння я рекомендую вам трохи літератури для початку:

Edwards, J. and Saha, TK (2000). Потік потужності в трансформаторах через пойнтінг-вектор . В: А. Кривда, Праці Конференції енергетики австралійських університетів: AUPEC 2000. AUPEC 2000, Брісбен, Австралія, (86-91). 24-27 вересня 2000 року.

Читається на ResearchGate