Почему трехфазные трансформаторы не используют тороидальные сердечники?

Глядя на различные конструкции трансформаторных сердечников, трехфазные, я никогда не вижу ни одного сердечника, выполненного в виде круга или тора.

Почему это так? Разве это не будет работать так же хорошо, как обычное B-образное ядро?

Три катушки, в магнитной последовательности, как вы их нарисовали, не сделают трехфазный трансформатор. Было бы только одно значение для потока, которое было бы общим для всех трех катушек, поскольку каждая катушка окружает все поперечное сечение сердечника.

В реальном трехфазном трансформаторе каждая катушка окружает только часть сердечника, так что каждая катушка может работать с различным потоком.

Трехфазный трехфазный трансформатор экономит железо по сравнению с тремя однофазными трансформаторами, разделяя часть или весь путь возврата железа.

Чтобы ответить на ваш комментарий о трехфазном торроидале:

Потому что в википедии: тороидальные индукторы и трансформаторы, кажется, что конструкция должна быть превосходной. Но я не вижу упоминания о трехфазном использовании, только однофазное.

Рисунок 1. 3-фазный трансформатор потока. Источник: НПТЕЛ .

В трехфазном трансформаторе каждая первичная и вторичная пара намотаны на одну и ту же "ветку" или "ветвь". При разности фаз 120 ° на каждой ветви поток на одной ветви всегда может найти путь на двух других, так что всегда есть цепь потока. Например, когда красная фаза (рис. 1) максимальна вверх, желтая и синяя будут на 0,5 вниз.

Такое расположение невозможно на стандартном тороидальном трансформаторе.

Вы могли бы построить трехфазный трансформатор из тороидов. Тем не менее, вам нужен уникальный магнитный поток в каждом, и единственный способ сделать это - сложить три отдельных тороида сверху или рядом друг с другом. В основном у вас будет три однофазных трансформатора в одной коробке.

Я готов поспорить, что исторически трехфазные трансформаторы действительно были сконструированы как три отдельных трансформатора, пока кто-то не выяснил, что, поскольку эти три фазы разнесены на 120 градусов, магнитные эффекты двух других катушек в основном сводятся на нет в рассматриваемой первичной катушке. , Комбинируя их на одном сердечнике, вы можете значительно снизить вес и стоимость всего трансформатора.

Вообще тороидальные трансформаторы стоят дорого. Мало того, что само ядро ​​сложнее изготовить, но для его намотки требуется либо очень дорогое вязальное оборудование, либо ручная намотка. Это на порядок больше затрат по сравнению с простыми катушками с машинной намоткой, установленными на многослойных сердечниках.

Однако силовые тороидальные ксформеры изготавливаются путем намотки очень тонкой металлической почти фольги, изготовленной путем быстрого охлаждения, поэтому она обладает невероятно высокой проницаемостью (я помню, когда это было новым - я действительно старый). Я думаю, что это сначала назвали Metglass? Так что в оборудовании, которое нужно отгружать, если вы заботитесь о весе, вы можете использовать тороидалы. Я видел промышленное более мощное оборудование с тремя отдельными тороидами, используемыми в качестве трехфазного понижения. Я не думаю, что он масштабируется до уровней мощности "свиней-столбов" для распределения коммунальных услуг и, вероятно, не будет экономически эффективным.

Вы можете использовать форму колеса с тремя спицами, по одной первичной и вторичной обмотке на каждой спице для каждой фазы и без обмоток на тородиальном колесе. Но это та же топология, что и у обычного трехфазного трансформатора с B-образным сердечником, описанного в ответе, который дал транзистор.

Разве это не будет работать так же хорошо, как обычное B-образное ядро?

Нет не будет

Другие ответы уже объясняли, почему тороидальный сердечник не подходит для компактного трехфазного трансформатора. Но даже если это не имеет значения, и вы рассматриваете три однофазных трансформатора, тороидальный сердечник не будет работать в большинстве приложений, включающих три фазы.

Тороидальные сердечники хорошо работают для измерительных трансформаторов, преобразователей и других приложений, где не происходит значительного потока мощности.

Трехфазные трансформаторы почти исключительно используются для мощных применений, например, для соединения генераторов и двигателей с электрической сетью и для преобразования напряжений в сети. В любом случае большое количество энергии вовлечено. Для транспортировки этой энергии вам действительно нужно потоки утечки, которых у вас (почти) не будет в случае тородиального ядра.

Если вы загружаете тородиальный трансформатор с высоким током, вторичное напряжение будет значительно снижено или даже исчезнет.

Все это нелегко понять и позволить много обсуждений в моих коллегах. Чтобы получить более глубокое понимание, я бы порекомендовал вам немного литературы для начала:

Edwards, J. and Saha, TK (2000). Поток мощности в трансформаторах через вектор Пойнтинга . В: А. Кривда, Труды Австралийской конференции по энергетике университетов: AUPEC 2000. AUPEC 2000, Брисбен, Австралия, (86-91). 24-27 сентября 2000 г.

Читается на ResearchGate