¿Por qué los transformadores trifásicos no usan núcleos toroidales?

Tres bobinas, en series magnéticas como las has dibujado, no harán un transformador trifásico. Solo habría un valor para el flujo que sería común para las tres bobinas, ya que cada bobina rodea toda la sección transversal del núcleo.

En un transformador trifásico real, cada bobina rodea solo una parte del núcleo, de modo que cada bobina puede operar a un flujo diferente.

Un transformador trifásico de tres etapas ahorra hierro en tres transformadores monofásicos al compartir parte o la totalidad de la ruta de retorno de hierro.

Para responder a tu comentario sobre torroidal trifásico:

  

Por lo que parece, por wikipedia: inductores toroidales y transformadores, que el diseño debe ser superior. Pero no veo ninguna mención del uso trifásico, solo de una fase.

Figura1.Flujodetransformadortrifásico.Fuente: NPTEL .

En un transformador trifásico, cada par primario y secundario se enrollan en la misma "extremidad" o "rama". Con la diferencia de fase de 120 ° en cada rama, el flujo en una rama siempre puede encontrar un camino en las otras dos para que siempre haya un circuito de flujo. Por ejemplo, cuando la fase roja (Fig. 1) es máxima hacia arriba, el amarillo y el azul serán 0.5 hacia abajo.

Esta disposición no es posible en un transformador torroidal estándar.

Podrías construir un transformador trifásico a partir de torriods. Sin embargo, necesita un flujo magnético único en cada uno y la única forma de hacerlo es apilar tres torriodos separados uno encima del otro o uno al lado del otro. Básicamente tendría tres transformadores monofásicos en una caja.

Estoy dispuesto a apostar a que, históricamente, los transformadores trifásicos se construyeron como tres transformadores independientes hasta que alguien se diera cuenta de que, dado que las tres fases están separadas por 120 grados, los efectos magnéticos de las otras dos bobinas básicamente se cancelan en la primaria. Bobina en cuestión. Al combinarlos en un solo núcleo, puede reducir significativamente el peso y el costo de todo el transformador.

En general los transformadores torroidales son caros. No solo es más difícil producir el núcleo en sí mismo, sino que el hecho de enrollarlo requiere una maquinaria de tejer muy costosa o un bobinado manual. Eso es un orden de magnitud más costoso en comparación con las simples bobinas de bobinado a máquina instaladas en núcleos laminados.

Sin embargo, los xformers toroidales de potencia se fabrican enrollando metal muy delgado casi con lámina de aluminio enfriando muy rápidamente, por lo que tiene una permeabilidad increíblemente alta (recuerdo cuando esto era nuevo, soy muy viejo) Creo que se llamó primero Metglass? Por lo tanto, en el equipo que se va a enviar, si le importa el peso, puede usar toroidales. He visto equipos industriales de mayor potencia con tres toroides separados que se utilizan como pasos trifásicos hacia abajo. No creo que se amplíe a los niveles de potencia de los "cerdos polares" para la distribución de servicios públicos, y probablemente no sea rentable.

Puede usar la forma de una rueda con tres radios, un devanado primario y secundario en cada radio para cada fase y sin devanados en la rueda torodial. Pero esta es la misma topología que el transformador trifásico convencional con el núcleo en forma de B descrito en la respuesta dada por Transistor.

  

¿No funcionará tan bien como el núcleo en forma de B común?

No, no lo hará.

Otras respuestas ya explicaron por qué un núcleo toroidal no es adecuado para un transformador trifásico compacto. Pero incluso si eso no importa y considera tres transformadores monofásicos, el núcleo toroidal no funcionará en la mayoría de las aplicaciones que involucran tres fases.

Los núcleos toroidales funcionan bien para transformadores de instrumentos, transductores y otras aplicaciones donde no se produce un flujo de potencia significativo.

Los transformadores trifásicos se utilizan casi exclusivamente para aplicaciones de alta potencia, por ejemplo. para conectar generadores y motores con la red eléctrica y para transformar voltajes dentro de la red. En cualquier caso se trata de una gran cantidad de energía. Para transportar esta energía, usted realmente necesita flujos de fuga, que (casi) no tendrá en caso de un núcleo torodial.

Si carga un transformador torodial con una corriente alta, la tensión secundaria se reducirá significativamente o incluso desaparecerá.

Todo esto no es fácil de entender y dejar un montón de discusiones con mis colegas. Para obtener una visión más profunda, le recomiendo algunos textos para comenzar:

  

Edwards, J. y Saha, T. K. (2000). Flujo de potencia en transformadores a través del vector poynting . En: A. Krivda, Actas de la Conferencia de Ingeniería de Potencia de Universidades de Australasia: AUPEC 2000. AUPEC 2000, Brisbane, Australia, (86-91). 24-27 de septiembre de 2000.

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