Verschillen tussen driefasige en enkelfasige transformatoren

In huishoudelijke apparaten, in lasmachines, voor test- en meetdoeleinden, worden meestal enkelfasige transformatoren met een relatief laag vermogen gebruikt. Krachtige enkelfasige transformatoren worden gebruikt om industriële energiecentrales van stroom te voorzien.

Het uiterlijk van een conventionele enkelfasige transformator wordt getoond in de figuur. Hier zie je een magnetisch systeem in de vorm van een gesloten frame met daarin twee staven, evenals een boven- en onderjuk. Spoelen met de laagste (LV) en hoogste (HV) spanning bevinden zich op de staven.

Voor het meest rationele gebruik van het tweetraps magnetische systeem worden de wikkelingen met hogere en lagere spanning in twee delen verdeeld, waarna deze delen in serie of parallel worden geschakeld, afhankelijk van de parameters van de ontworpen transformator. De aansluitingen van de HV- en LV-wikkelingen bevinden zich aan weerszijden van de kern.

Als het nodig is om de driefasige stroom te transformeren met behulp van enkelfasige transformatoren, neem dan drie enkelfasige transformatoren, verbind hun primaire wikkelingen volgens het sterschema en de secundaire wikkelingen volgens het ster- of deltaschema. Zo wordt een driefasige groep transformatoren verkregen, verenigd in een gemeenschappelijk elektrisch circuit met een afzonderlijk magnetisch circuit.

Maar een dergelijke oplossing (drie afzonderlijke enkelfasige transformatoren om driefasige stroom om te zetten) wordt in extreme gevallen gebruikt, voor zeer hoge vermogens, wanneer het onmogelijk is om een ​​enorme driefasige transformator te installeren of de vervaardiging ervan onpraktisch is. Bovendien is het bij een ongeval in een van de fasen gemakkelijker om een ​​enkelfasige transformator te vervangen, die voor een dergelijk geval (slechts één, niet drie) op voorraad kan worden gehouden. Schade aan meer dan één fase tegelijk is immers zeer onwaarschijnlijk.

Als je naar een driefasige transformator kijkt, dan worden hier niet alleen elektrische, maar ook magnetische systemen van drie enkelfasige transformatoren gecombineerd. In de praktijk is het systeem van een dergelijke transformator als volgt opgebouwd. Neem drie identieke tweefasige enkelfasige transformatoren, waarvan de HV- en NV-wikkelingen zich op slechts één van de twee polen bevinden, en de tweede pool wordt niet ingenomen door wikkelingen.

Laten we de vrije staven van drie transformatoren combineren tot één, en we zullen de staven met spoelen in de ruimte 120 graden ten opzichte van elkaar verplaatsen. Als dit driefasige systeem nu wordt aangesloten op een driefasig wisselstroomnetwerk, dan zal de magnetische flux in de centrale staaf (volgens het principe van superpositie van magnetische velden) altijd nul zijn.

De centrale balk kan dus verwijderd worden aangezien deze functioneel geen rol speelt.Het resultaat is een driefasig magnetisch systeem met dezelfde lengtes van het werkende magnetische fluxpad voor de wikkelingen van elk van de drie fasen.

Een symmetrisch ruimtelijk systeem met staven die 120 graden uit elkaar staan, is praktisch ideaal, maar moeilijk te vervaardigen en te repareren.

Een andere versie van een driefasig ruimtemagneetsysteem is er een waarin de magnetische circuits zijn gegroepeerd in een regelmatige driehoek. Zo'n magnetische kern is gewikkeld met een doorlopende elektrische tape. Maar dit besluit wordt eigenlijk alleen in uitzonderlijke gevallen toegepast.

Om het ontwerp van een driefasige transformator zoveel mogelijk te vereenvoudigen, om de fabricage en reparatie ervan te vergemakkelijken, wordt in de praktijk meestal een plat asymmetrisch circuit met drie niveaus gebruikt. Daarin bevinden zich drie staven in één vlak en worden ze overlapt door twee bovenste en twee onderste jukken.

Hier is de padlengte van de werkende magnetische flux (AB) van de middelste balk iets kleiner dan de padlengte van de magnetische fluxen van de zijbalken, wat tot op zekere hoogte het verschil in de nullaststromen van de drie fasen beïnvloedt .

De fasewikkelingen van een planair asymmetrisch systeem van een driefasige transformator bevinden zich op dezelfde manier op de staven als in een enkelfasige transformator, waarna ze worden gecombineerd in een driefasige schakeling, zoals eerder vermeld.

De productie- en montagekosten van zo'n transformator zijn veel lager dan de productie en montage van drie enkelfasige transformatoren voor hetzelfde totale vermogen. De materiaalgewichtsbesparing is ongeveer 33%. En zo'n transformator blijkt veel goedkoper in onderhoud. Om deze reden worden bijna alle moderne driefasige vermogenstransformatoren vervaardigd in een vlak driefasig circuit.