Perché i trasformatori trifase non usano i nuclei toroidali?

Quando osservo i diversi design del nucleo del trasformatore, a tre fasi, non vedo mai nessun nucleo progettato come un cerchio o un toro.

Perchè è così? Non funzionerà bene come il comune nucleo a forma di B?

Tre bobine, in serie magnetiche mentre le hai disegnate, non realizzeranno un trasformatore trifase. Ci sarebbe un solo valore per il flusso che sarebbe comune per tutte e tre le bobine, poiché ogni bobina circonda l'intera sezione trasversale del nucleo.

In un vero trasformatore trifase, ogni bobina circonda solo una parte del nucleo, in modo che ciascuna bobina possa funzionare a un flusso diverso.

Un trasformatore trifase a tre gambe consente di risparmiare ferro su tre trasformatori monofase condividendo parte o tutto il percorso di ritorno del ferro.

Per rispondere al tuo commento sul torroidale trifase:

Perché sembra, per Wikipedia: induttori e trasformatori toroidali, che il design dovrebbe essere superiore. Ma non vedo alcun accenno all'utilizzo trifase, solo monofase.

Figura 1. Flusso del trasformatore trifase. Fonte: NPTEL .

In un trasformatore trifase ogni coppia primaria e secondaria sono avvolte sullo stesso "ramo" o "ramo". Con la differenza di fase di 120 ° su ciascun ramo, il flusso su un ramo può sempre trovare un percorso sugli altri due in modo che vi sia sempre un circuito di flusso. Ad esempio, quando la fase rossa (Fig. 1) è massima verso l'alto, il giallo e il blu saranno 0,5 verso il basso.

Questa disposizione non è possibile su un trasformatore torroidale standard.

Potresti costruire un trasformatore trifase da torriodi. Tuttavia, hai bisogno di un flusso magnetico unico in ciascuno e l'unico modo che potresti fare è impilare tre torrioni separati sopra o uno accanto all'altro. Fondamentalmente avresti tre trasformatori monofase in una scatola.

Sono disposto a scommettere che storicamente i trasformatori trifase sono stati effettivamente costruiti come tre trasformatori separati fino a quando qualcuno ha capito che, poiché le tre fasi sono distanti 120 gradi, gli effetti magnetici delle altre due bobine sostanzialmente si annullano sulla bobina principale in questione . Combinandoli su un singolo core è possibile ridurre significativamente il peso e il costo dell'intero trasformatore.

In generale i trasformatori torroidali sono costosi. Non solo il nucleo stesso è più difficile da produrre, ma l'atto di avvolgimento richiede macchinari per maglieria molto costosi o carica manuale. Questo è un ordine di grandezza più costoso rispetto alle semplici bobine avvolte a macchina installate su anime laminate.

Tuttavia, gli xformer toroidali di potenza sono realizzati avvolgendo un metallo molto sottile quasi una lamina prodotta estinguendo molto rapidamente, quindi ha una permeabilità incredibilmente alta (ricordo che quando era nuovo, sono davvero vecchio). Penso che sia stato chiamato per la prima volta Metglass? Quindi, nell'attrezzatura da spedire, se ti interessa il peso, potresti usare i toroidali. Ho visto apparecchiature industriali di potenza superiore con tre toroidi separati usati come step trifase. Non credo che si adegui ai livelli di potenza dei "maiali polari" per la distribuzione delle utility e probabilmente non sarebbe conveniente.

È possibile utilizzare la forma di una ruota con tre raggi, un avvolgimento primario e secondario su ciascun raggio per ogni fase e nessun avvolgimento sulla ruota torodiale. Ma questa è la stessa topologia del trasformatore trifase convenzionale con il nucleo a forma di B descritto nella risposta fornita da Transistor.

Non funzionerà bene come il comune nucleo a forma di B?

No, non lo farà.

Altre risposte hanno già spiegato perché un nucleo toroidale non è adatto per un trasformatore trifase compatto. Ma anche se questo non ha importanza e si considerano tre trasformatori monofase, il nucleo toroidale non funzionerà nella maggior parte delle applicazioni che coinvolgono tre fasi.

I core toroidali funzionano bene per trasformatori di strumenti, trasduttori e altre applicazioni in cui non si verifica un flusso di potenza significativo.

I trasformatori trifase sono quasi esclusivamente utilizzati per applicazioni ad alta potenza, ad esempio per collegare generatori e motori con la rete elettrica e per trasformare le tensioni all'interno della rete. In ogni caso è coinvolta un'elevata quantità di energia. Per trasportare questa energia in realtà hai bisogno di flussi di dispersione, che (quasi) non avrai nel caso di un nucleo torodiale.

Se si carica un trasformatore torodiale con una corrente elevata, la tensione secondaria verrà ridotta in modo significativo o addirittura svanirà.

Il tutto non è facile da capire e lasciare molte discussioni sotto i miei colleghi. Per avere una visione più approfondita ti consiglierei un po 'di letteratura per iniziare:

Edwards, J. e Saha, TK (2000). Flusso di potenza nei trasformatori tramite il vettore poynting . In: A. Krivda, Atti della Conferenza di ingegneria energetica delle università australiane: AUPEC 2000. AUPEC 2000, Brisbane, Australia, (86-91). 24-27 settembre 2000.

Leggibile su ResearchGate