Por que os transformadores trifásicos não usam núcleos toroidais?

Ao olhar para diferentes projetos de núcleos de transformadores, trifásicos, nunca vejo nenhum núcleo projetado como um círculo ou um toro.

Por que? Não funcionará tão bem quanto o núcleo comum em forma de B?

Três bobinas, em séries magnéticas, como você as desenhou, não formarão um transformador trifásico. Só haveria um valor para o fluxo que seria comum para todas as três bobinas, pois cada bobina envolve toda a seção transversal do núcleo.

Em um transformador trifásico real, cada bobina envolve apenas parte do núcleo, para que cada bobina possa operar com um fluxo diferente.

Um transformador trifásico de três pernas economiza em ferro em relação a três transformadores monofásicos, compartilhando parte ou todo o caminho de retorno do ferro.

Para responder seu comentário sobre toroidal trifásico:

Porque parece, por wikipedia: Indutores e transformadores toroidais, que o design deve ser superior. Mas não vejo menção ao uso trifásico, apenas monofásico.

Figura 1. Fluxo do transformador trifásico. Fonte: NPTEL .

Em um transformador trifásico, cada par primário e secundário são enrolados no mesmo "membro" ou "ramo". Com a diferença de fase de 120 ° em cada ramificação, o fluxo em uma ramificação pode sempre encontrar um caminho nas outras duas, para que haja sempre um circuito de fluxo. Por exemplo, quando a fase vermelha (Fig. 1) estiver no máximo para cima, o amarelo e o azul serão 0,5 para baixo.

Esse arranjo não é possível em um transformador toroidal padrão.

Você pode construir um transformador trifásico a partir de torriods. No entanto, você precisa de um fluxo magnético único em cada uma delas e a única maneira de fazer isso é empilhar três torriods separados por cima ou lado a lado. Basicamente, você teria três transformadores monofásicos em uma caixa.

Estou disposto a apostar que historicamente os transformadores trifásicos foram realmente construídos como três transformadores separados até que alguém percebesse que, como as três fases estão separadas por 120 graus, os efeitos magnéticos das outras duas bobinas basicamente se anulam na bobina primária em questão. . Ao combiná-los em um único núcleo, você pode reduzir significativamente o peso e o custo de todo o transformador.

Em geral, os transformadores toroidais são caros. Não é apenas o núcleo em si mais difícil de produzir, mas o ato de enrolá-lo requer máquinas de tricô muito caras ou enrolamento manual. Essa é uma ordem de magnitude mais alta em comparação com as bobinas simples enroladas em máquina instaladas em núcleos laminados.

No entanto, os xformadores toroidais de potência são fabricados enrolando um metal muito fino, quase enrolando muito rapidamente, de modo a ter uma permeabilidade incrivelmente alta (lembro-me de quando isso era novo - sou muito velho). Eu acho que foi chamado pela primeira vez Metglass? Portanto, no equipamento a ser enviado, se você se preocupa com o peso, pode usar toroidais. Vi equipamentos industriais de maior potência com três toróides separados, usados ​​como trifásicos. Eu não acho que ele se adapte aos níveis de potência dos "porcos do poste" para distribuição de serviços públicos e provavelmente não seria rentável.

Você pode usar a forma de uma roda com três raios, um enrolamento primário e secundário em cada raio para cada fase e sem enrolamentos na roda torodial. Mas essa é a mesma topologia do transformador trifásico convencional com o núcleo em forma de B descrito na resposta dada pelo Transistor.

Não funcionará tão bem quanto o núcleo comum em forma de B?

Não, não vai.

Outras respostas já explicaram por que um núcleo toroidal não é adequado para um transformador trifásico compacto. Mas mesmo que isso não importe e você considere três transformadores monofásicos, o núcleo toroidal não funcionará na maioria das aplicações que envolvem três fases.

Os núcleos toroidais funcionam bem para transformadores de instrumento, transdutores e outras aplicações onde não ocorre fluxo de energia significativo.

Transformadores trifásicos são quase exclusivamente usados ​​para aplicações de alta potência, por exemplo, para conectar geradores e motores à rede elétrica e transformar tensões dentro da rede. Em qualquer caso, uma alta quantidade de energia está envolvida. Para transportar essa energia, você realmente precisa de fluxos de vazamento, que você (quase) não terá no caso de um núcleo torodial.

Se você carregar um transformador torodial com uma corrente alta, a tensão secundária será reduzida significativamente ou até desaparecerá.

A coisa toda não é fácil de entender e deixar muitas discussões sob meus colegas. Para obter uma visão mais aprofundada, recomendo que você comece com uma literatura:

Edwards, J. e Saha, TK (2000). Fluxo de potência em transformadores através do vetor poynting . In: A. Krivda, Proceedings of the Australasian Universities Power Engineering Conference: AUPEC 2000. AUPEC 2000, Brisbane, Austrália, (86-91). 24-27 de setembro de 2000.

Legível em ResearchGate