¿Por qué los transformadores trifásicos no usan núcleos toroidales?

Al mirar diferentes diseños de núcleos de transformadores, trifásicos, nunca veo ningún núcleo diseñado como un círculo o toro.

¿Por qué es así? ¿No funcionará tan bien como el núcleo común en forma de B?

Tres bobinas, en series magnéticas como las ha 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 funcionar a un flujo diferente.

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

Para responder a su comentario sobre torroidal trifásico:

Porque parece, según Wikipedia: inductores y transformadores toroidales, que el diseño debe ser superior. Pero no veo ninguna mención del uso trifásico, solo monofásico.

Figura 1. Flujo de transformador trifásico. Fuente: NPTEL .

En un transformador trifásico, cada par primario y secundario se enrollan en la misma "rama" o "rama". Con la diferencia de fase de 120 ° en cada rama, el flujo en una rama siempre puede encontrar una ruta 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 con torriods. Sin embargo, necesita un flujo magnético único en cada una y la única forma de hacerlo es apilar tres torriods separados en la parte superior o uno al lado del otro. Básicamente, tendría tres transformadores monofásicos en una caja.

Estoy dispuesto a apostar que históricamente los transformadores trifásicos se construyeron como tres transformadores separados hasta que alguien descubrió que, dado que las tres fases están separadas 120 grados, los efectos magnéticos de las otras dos bobinas básicamente se cancelan en la bobina primaria 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 el núcleo en sí es más difícil de producir, sino que el acto de enrollarlo requiere una maquinaria de tejido muy costosa o un devanado manual. Ese es un orden de magnitud más costoso en comparación con las bobinas simples enrolladas a máquina instaladas en núcleos laminados.

Sin embargo, los xformers toroidales de potencia se fabrican enrollando metal muy delgado, casi una lámina hecha mediante enfriamiento rápido, por lo que tiene una permeabilidad increíblemente alta (recuerdo cuando esto era nuevo, soy realmente viejo). Creo que primero se llamó Metglass? Entonces, en el equipo que se enviará, si le importa el peso, puede usar toroidales. He visto equipos industriales de mayor potencia con tres toroides separados utilizados como trifásico. No creo que aumente a los niveles de potencia de los "cerdos de poste" para la distribución de servicios públicos, y probablemente no sea rentable.

Puede utilizar 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 común en forma de B?

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, realmente necesita flujos de fuga, que (casi) no tendrá en caso de un núcleo torodial.

Si carga un transformador torodial con una corriente alta, el voltaje secundario se reducirá significativamente o incluso desaparecerá.

Todo esto no es fácil de entender y dejar muchas discusiones bajo mis colegas. Para obtener una idea más profunda, le recomiendo un poco de literatura para comenzar:

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

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