Почему в трехфазных трансформаторах не используются тороидальные сердечники?

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

В реальном трехфазном трансформаторе каждая катушка окружает только часть сердечника, так что каждая катушка может работать при различном потоке.

Трехветвевой трехфазный трансформатор обеспечивает экономию железа по сравнению с тремя однофазными трансформаторами за счет совместного использования части или всего обратного пути железа.

Чтобы ответить на ваш комментарий по поводу трехфазного торроида:

Потому что кажется, согласно википедии: тороидальные катушки индуктивности и трансформаторы, конструкция должна быть лучше. Но я не вижу упоминания о трехфазном использовании, только об однофазном.

Рис. 1. Поток трехфазного трансформатора. Источник: НПТЭЛ .

В трехфазном трансформаторе каждая первичная и вторичная пара намотаны на одну и ту же «ветвь» или «ветвь». При разнице фаз 120° на каждой ветви поток на одной ветви всегда может найти путь на двух других, так что всегда существует цепь потока. Например, когда красная фаза (рис. 1) максимально направлена ​​вверх, желтая и синяя фазы будут на 0,5 вниз.

Такое расположение невозможно на стандартном тороидальном трансформаторе.

Рисунок 2. Трехфазный «торроид» должен выглядеть примерно так. (Изображение мое.)

Вы можете построить трехфазный трансформатор из торриодов. Однако вам нужен уникальный магнитный поток в каждом, и единственный способ сделать это — поставить три отдельных торриода сверху или рядом друг с другом. По сути, у вас будет три однофазных трансформатора в одной коробке.

Я готов поспорить, что исторически трехфазные трансформаторы действительно строились как три отдельных трансформатора, пока кто-то не выяснил, что, поскольку три фазы отстоят друг от друга на 120 градусов, магнитные эффекты двух других катушек в основном компенсируются в рассматриваемой первичной катушке. . Объединив их на одном сердечнике можно значительно снизить вес и стоимость всего трансформатора.

Как правило, тороидальные трансформаторы дороги. Мало того, что сам сердечник труднее изготовить, так еще и для его намотки требуется либо очень дорогое вязальное оборудование, либо ручная намотка. Это на порядок дороже по сравнению с простыми бобинами с машинной намоткой, установленными на ламинированных сердечниках.

Тем не менее, силовые тороидальные формирователи изготавливаются путем намотки очень тонкого металла, почти фольги, полученной закалкой очень быстро, поэтому он имеет невероятно высокую проницаемость (помню, когда это было новым - я действительно старый). Я думаю, что сначала он назывался Metglass? Таким образом, в транспортируемом оборудовании, если вам важен вес, вы можете использовать тороидальные преобразователи. Я видел промышленное оборудование более высокой мощности с тремя отдельными тороидами, используемыми в качестве трехфазного понижающего преобразователя. Я не думаю, что он масштабируется до уровней мощности «полюсных свиней» для распределения коммунальных услуг и, вероятно, будет нерентабельным.

Вы можете использовать форму колеса с тремя спицами, одной первичной и вторичной обмоткой на каждой спице для каждой фазы и отсутствием обмоток на тороидальном колесе. Но это та же топология, что и у обычного трехфазного трансформатора с B-образным сердечником, описанного в ответе Transistor.

Не будет ли он работать так же хорошо, как обычный B-образный сердечник?

Нет, не будет.

Другие ответы уже объяснили, 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 подходят для измерительных трансформаторов, преобразователей и других приложений, где не возникает значительных потоков мощности.

Трехфазные трансформаторы почти исключительно используются для приложений большой мощности, например, для подключения генераторов и двигателей к электрической сети и для преобразования напряжения в сети. В любом случае задействовано большое количество энергии. Для транспортировки этой энергии вам действительно нужны потоки рассеяния, которых (почти) не будет в случае тороидального сердечника.

Если вы нагрузите тороидальный трансформатор большим током, вторичное напряжение значительно уменьшится или даже исчезнет.

Все это нелегко понять и позволить многим дискуссиям под руководством моих коллег. Чтобы получить более глубокое представление, я бы порекомендовал вам литературу для начала:

Эдвардс, Дж. и Саха, Т.К. (2000). Поток мощности в трансформаторах по вектору Пойнтинга . В: А. Кривда, Труды Австралазийской конференции по энергетике университетов: AUPEC 2000. AUPEC 2000, Брисбен, Австралия, (86-91). 24–27 сентября 2000 г.

Читается на ResearchGate

Обновлять

Очень показательное видео по этому поводу можно найти на Youtube-канале Veritasium .

Для эксперимента я намотал один тороидальный сердечник с трехфазной обмоткой и создал вращающееся поле внутри сердечника, и все трехфазные токи были одинаковыми, поэтому я могу сказать, что это можно сделать.