В бытовой технике, в сварочных аппаратах, для испытательных и измерительных целей, обычно применяют однофазные трансформаторы сравнительно небольшой мощности. Для питания же силовых промышленных установок используются мощные однофазные трансформаторы.
Внешний вид обычного однофазного трансформатора приведен на рисунке. Здесь можно видеть магнитную систему в форме замкнутой рамы, содержащей два стержня, а также верхнее и нижнее ярмо. На стержнях располагаются обмотки низшего (НН) и высшего (ВН) напряжений.
Для наиболее рационального использования двухстержневой магнитной системы, обмотки высшего и низшего напряжений разделяют каждую на две части, после чего соединяют эти части последовательно или параллельно, в зависимости от параметров проектируемого трансформатора. Выводы обмоток ВН и НН располагают с противоположных сторон сердечника.
При необходимости преобразовать трехфазный ток при помощи однофазных трансформаторов, берут три однофазных трансформатора, соединяют их первичные обмотки по схеме звезда, а вторичные — по схеме звезда или треугольник. Таким образом получают трехфазную группу трансформаторов, объединенных в общую электрическую схему при разделенной магнитной цепи.
Но к подобному решению (три отдельных однофазных трансформатора для преобразования трехфазного тока) прибегают в крайних случаях, для очень высоких мощностей, когда установить огромный трехфазный трансформатор невозможно или его изготовление нецелесообразно. К тому же при аварии на одной из фаз проще заменить один однофазный трансформатор, который (всего один, а не три) можно иметь на такой случай в запасе. Ведь повреждение более чем одной фазы за раз очень маловероятно.
Если взглянуть на трехфазный трансформатор, то здесь объединены не только электрические, но и магнитные системы трех однофазных трансформаторов. Практически система такого трансформатора строится следующим образом. Возьмем три одинаковых двухстержневых однофазных трансформатора, обмотки ВН и НН у которых размещены только на одном из двух стержней, а второй стержень обмотками не занят.
Объединим свободные стержни трех трансформаторов в один, а стержни с обмотками раздвинем в пространстве на 120 градусов друг относительно друга. Если теперь эту трехфазную систему подключить к трехфазной сети переменного тока, то магнитный поток в центральном стержне (в соответствии с принципом суперпозиции магнитных полей) всегда будет равен нулю.
Следовательно центральный стержень можно убрать, так как функционально он не играет никакой роли. В результате получается трехстержневая магнитная система с одинаковыми длинами путей рабочего магнитного потока для обмоток каждой из трех фаз.
Симметричная пространственная система с разнесенными в пространстве на 120 градусов стержнями практически является идеальной, но при изготовлении и ремонте она вызывает трудности.
Другой вариант трехфазной пространственной магнитной системы — такая, в которой магнитопроводы сгруппированы в правильный треугольник. Такой магнитопровод наматывается непрерывной электротехнической лентой. Но и данное решение реально применяется лишь в исключительных случаях.
Дабы максимально упростить конструкцию трехфазного трансформатора, с тем чтобы облегчить его изготовление и ремонт, на практике чаще всего применяют плоскую несимметричную трехстержневую схему. В ней три стрежня расположены в одной плоскости и перекрыты двумя верхними и двумя нижними ярмами.
Здесь длина пути рабочего магнитного потока (А-Б) среднего стержня немного меньше длины пути магнитных потоков боковых стержней, что в некоторой степени сказывается на различии токов холостого хода трех фаз.
Фазные обмотки плоской несимметричной системы трехфазного трансформатора располагаются на стрежнях таким же образом как и в однофазном трансформаторе, после чего объединяются в трехфазную схему, как было сказано ранее.
Изготовление и монтаж такого трансформатора по стоимости гораздо ниже чем изготовление и монтаж трех однофазных трансформаторов на аналогичную общую мощность. Экономия по весу материалов получается в районе 33%. И в обслуживании такой трансформатор оказывается значительно дешевле. По этой причине практически все современные трехфазные силовые трансформаторы изготавливаются по плоской трехстержневой схеме.