Warum verwenden Drehstromtransformatoren keine Ringkerne?

Bei der Betrachtung dreiphasiger Ausführungen verschiedener Transformatorkerne sehe ich nie einen Kern, der als Kreis oder Torus ausgeführt ist.

Warum ist das so? Funktioniert es nicht so gut wie der übliche B-förmige Kern?

Drei Spulen in magnetischer Reihe, wie Sie sie gezeichnet haben, ergeben keinen Dreiphasentransformator. Es würde nur einen Wert für den Fluss geben, der für alle drei Spulen gemeinsam wäre, da jede Spule den gesamten Kernquerschnitt umgibt.

In einem echten Dreiphasentransformator umgibt jede Spule nur einen Teil des Kerns, so dass jede Spule mit einem anderen Fluss arbeiten kann.

Ein dreiphasiger Dreiphasentransformator spart Eisen gegenüber drei einphasigen Transformatoren, indem er den Eisenrückweg teilweise oder vollständig teilt.

So beantworten Sie Ihren Kommentar zu Dreiphasen-Torroidal:

Denn laut Wikipedia: Ringkern-Induktivitäten und Transformatoren sollte das Design überlegen sein. Aber ich sehe keine Erwähnung des dreiphasigen Gebrauchs, nur des einphasigen.

Abbildung 1. 3-Phasen-Transformatorfluss. Quelle: NPTEL .

Bei einem Dreiphasentransformator sind jedes Primär- und Sekundärpaar auf denselben "Schenkel" oder "Zweig" gewickelt. Mit der 120 ° -Phasendifferenz an jedem Zweig kann der Fluss an einem Zweig immer einen Pfad an den anderen beiden finden, so dass es immer einen Flusskreis gibt. Wenn zum Beispiel die rote Phase (Abb. 1) maximal aufwärts ist, sind Gelb und Blau 0,5 abwärts.

Diese Anordnung ist bei einem Standard-Ringkerntransformator nicht möglich.

Sie könnten einen Dreiphasentransformator aus Torrioden bauen. Sie benötigen jedoch jeweils einen eindeutigen Magnetfluss, und der einzige Weg, dies zu tun, besteht darin, drei separate Torrioden übereinander oder nebeneinander zu stapeln. Grundsätzlich hätten Sie drei Einphasentransformatoren in einer Box.

Ich bin bereit zu wetten, dass historisch gesehen 3-Phasen-Transformatoren tatsächlich als drei separate Transformatoren gebaut wurden, bis jemand herausgefunden hat, dass sich die magnetischen Effekte der anderen beiden Spulen an der fraglichen Primärspule im Wesentlichen aufheben, da die drei Phasen 120 Grad voneinander entfernt sind . Durch die Kombination auf einem einzigen Kern können Sie das Gewicht und die Kosten des gesamten Transformators erheblich reduzieren.

Im Allgemeinen sind Ringkerntransformatoren teuer. Es ist nicht nur schwieriger, den Kern selbst herzustellen, sondern das Aufwickeln erfordert auch entweder sehr teure Strickmaschinen oder manuelles Aufwickeln. Das ist eine Größenordnung mehr als bei einfachen maschinengewickelten Spulen, die auf laminierten Kernen installiert sind.

Bei torusförmigen Power-Xformern wird jedoch sehr dünnes Metall gewickelt, fast eine Folie, die durch sehr schnelles Abschrecken hergestellt wurde, sodass sie eine unglaublich hohe Durchlässigkeit aufweist (ich erinnere mich, als dies neu war - ich bin wirklich alt). Ich denke, es wurde zuerst Metglass genannt? Wenn Sie also Wert auf Gewicht legen, können Sie für die zu versendende Ausrüstung Toroidals verwenden. Ich habe industrielle Geräte mit höherer Leistung gesehen, bei denen drei separate Toroide als dreiphasige Abwärtsstufe verwendet wurden. Ich denke nicht, dass es für die Verteilung an Versorgungsunternehmen auf die Leistungsstufen von "Mastschweinen" skaliert und wahrscheinlich nicht kosteneffektiv wäre.

Sie können die Form eines Rades mit drei Speichen verwenden, wobei für jede Phase eine Primär- und eine Sekundärwicklung auf jeder Speiche und keine Wicklungen auf dem Drehrad vorhanden sind. Dies ist jedoch die gleiche Topologie wie beim herkömmlichen Dreiphasentransformator mit dem in der Antwort von Transistor beschriebenen B-förmigen Kern.

Funktioniert es nicht so gut wie der übliche B-förmige Kern?

Nein, das wird es nicht.

Andere Antworten haben bereits erklärt, warum ein Ringkern nicht für einen kompakten Drehstromtransformator geeignet ist. Aber selbst wenn das keine Rolle spielt und Sie drei Einphasentransformatoren in Betracht ziehen, funktioniert der Ringkern in den meisten Anwendungen mit drei Phasen nicht.

Ringkerne eignen sich gut für Messwandler und andere Anwendungen, bei denen kein nennenswerter Stromfluss auftritt.

Dreiphasentransformatoren werden fast ausschließlich für Hochleistungsanwendungen eingesetzt, z. B. um Generatoren und Motoren mit dem Stromnetz zu verbinden und Spannungen innerhalb des Stromnetzes umzuwandeln. In jedem Fall geht es um viel Energie. Um diese Energie zu transportieren, benötigen Sie tatsächlich Streuflüsse, die Sie (fast) nicht bei einem Ringkern haben.

Wenn Sie einen Ringkerntransformator mit einem hohen Strom beaufschlagen, wird die Sekundärspannung erheblich reduziert oder verschwindet sogar.

Das Ganze ist nicht leicht zu verstehen und lässt unter meinen Kollegen viele Diskussionen aufkommen. Um einen tieferen Einblick zu erhalten, empfehle ich Ihnen zunächst einige Literatur:

Edwards, J. und Saha, TK (2000). Leistungsfluss in Transformatoren über den Spannungsvektor . In: A. Krivda, Tagungsband der Australasian Universities Power Engineering Conference: AUPEC 2000. AUPEC 2000, Brisbane, Australien, (86-91). 24.-27. September 2000.

Auf ResearchGate lesbar