Różnice między transformatorami trójfazowymi i jednofazowymi
W urządzeniach gospodarstwa domowego, spawarkach, do celów testowych i pomiarowych stosuje się zwykle transformatory jednofazowe o stosunkowo małej mocy. Mocne transformatory jednofazowe służą do zasilania elektrowni przemysłowych.
Wygląd konwencjonalnego transformatora jednofazowego pokazano na rysunku. Tutaj widać układ magnetyczny w postaci zamkniętej ramy zawierającej dwa pręty oraz górne i dolne jarzmo. Na szynach znajdują się cewki o najniższym (NN) i najwyższym (WN) napięciu.
Dla najbardziej racjonalnego wykorzystania dwustopniowego układu magnetycznego uzwojenia o wyższym i niższym napięciu są dzielone na dwie części, po czym części te łączy się szeregowo lub równolegle, w zależności od parametrów projektowanego transformatora. Zaciski uzwojeń WN i NN znajdują się po przeciwnych stronach rdzenia.
Jeśli konieczne jest przekształcenie prądu trójfazowego za pomocą transformatorów jednofazowych, weź trzy transformatory jednofazowe, połącz ich uzwojenia pierwotne zgodnie ze schematem gwiazdy, a uzwojenia wtórne zgodnie ze schematem gwiazdy lub trójkąta. W ten sposób uzyskuje się trójfazową grupę transformatorów, połączonych we wspólny obwód elektryczny z oddzielnym obwodem magnetycznym.
Ale takie rozwiązanie (trzy oddzielne transformatory jednofazowe do przetwarzania prądu trójfazowego) jest stosowane w skrajnych przypadkach, dla bardzo dużych mocy, gdy nie można zainstalować ogromnego transformatora trójfazowego lub jego wykonanie jest niepraktyczne. Dodatkowo w razie awarii jednej z faz łatwiej wymienić transformator jednofazowy, który (tylko jeden, a nie trzy) można mieć na stanie na taki wypadek. W końcu uszkodzenie więcej niż jednej fazy na raz jest bardzo mało prawdopodobne.
Jeśli spojrzysz na transformator trójfazowy, to połączone są tutaj nie tylko elektryczne, ale także magnetyczne układy trzech transformatorów jednofazowych. W praktyce układ takiego transformatora jest zbudowany w następujący sposób. Weźmy trzy identyczne dwufazowe transformatory jednofazowe, których uzwojenia WN i NV znajdują się tylko na jednym z dwóch biegunów, a drugi biegun nie jest zajęty przez uzwojenia.
Połączmy wolne pręty trzech transformatorów w jeden, a pręty z cewkami przesuniemy w przestrzeni o 120 stopni względem siebie. Jeśli ten układ trójfazowy zostanie teraz podłączony do trójfazowej sieci prądu przemiennego, wówczas strumień magnetyczny w pręcie centralnym (zgodnie z zasadą superpozycji pól magnetycznych) będzie zawsze równy zero.
Środkowy pręt można zatem usunąć, ponieważ nie odgrywa on żadnej roli funkcjonalnej.Rezultatem jest trójfazowy układ magnetyczny o takich samych długościach ścieżki roboczego strumienia magnetycznego dla uzwojeń każdej z trzech faz.
Symetryczny układ przestrzenny z prętami oddalonymi od siebie o 120 stopni jest praktycznie idealny, ale trudny do wyprodukowania i naprawy.
Inna wersja trójfazowego systemu magnesów kosmicznych to taka, w której obwody magnetyczne są zgrupowane w regularny trójkąt. Taki rdzeń magnetyczny jest nawinięty ciągłą taśmą elektryczną. Ale ta decyzja jest faktycznie stosowana tylko w wyjątkowych przypadkach.
Aby maksymalnie uprościć konstrukcję transformatora trójfazowego, aby ułatwić jego produkcję i naprawę, w praktyce najczęściej stosuje się płaski asymetryczny obwód trójpoziomowy. W nim trzy pręty znajdują się w jednej płaszczyźnie i zachodzą na siebie dwoma górnymi i dwoma dolnymi jarzmami.
Tutaj długość drogi roboczego strumienia magnetycznego (AB) pręta środkowego jest nieco mniejsza niż długość drogi strumieni magnetycznych prętów bocznych, co w pewnym stopniu wpływa na różnicę prądów jałowych trzech faz .
Uzwojenia fazowe płaskiego układu asymetrycznego transformatora trójfazowego są umieszczone na prętach w taki sam sposób, jak w transformatorze jednofazowym, po czym są łączone w obwód trójfazowy, jak wspomniano wcześniej.
Koszt wytworzenia i montażu takiego transformatora jest znacznie niższy niż wyprodukowania i zmontowania trzech transformatorów jednofazowych o tej samej mocy całkowitej. Oszczędność masy materiału wynosi około 33%. A taki transformator okazuje się znacznie tańszy w utrzymaniu. Z tego powodu prawie wszystkie nowoczesne trójfazowe transformatory mocy są produkowane w płaskim obwodzie trójfazowym.