Transformatoru izvēles praktiskajā darbā inženieru un iepirkumu priekšā bieži vien ir fundamentāls, bet būtisks jautājums: vai izvēlētiesvienfāzes{0}}transformatorsvai atrīsfāzu transformators-? Lai gan šie divu veidu transformatori darbojas pēc viena principa un ievēro elektromagnētiskās indukcijas likumu, tiem ir būtiskas atšķirības struktūrā, efektivitātē, pielietojuma scenārijos un ekonomijā. Vienfāzes transformatoram ir tikai viens dzelzs serdeņa un tinumu komplekts, ko izmanto vienfāzes maiņstrāvas ķēdēm; Trīsfāzu transformators sastāv no trim vienfāzes tinumiem, kam ir trīs kolonnu dzelzs kodols, ko izmanto trīsfāžu maiņstrāvas sistēmās. Izpratne par atšķirību starp abiem attiecas ne tikai uz to, vai aprīkojums atbilst slodzes prasībām, bet arī ietekmē visas barošanas sistēmas darbības efektivitāti, elektroenerģijas kvalitāti un investīciju izmaksas. Kādas ir attiecīgi vienfāzes un trīsfāzes transformatoru priekšrocības un trūkumi? Kādiem konkrētiem elektriskajiem scenārijiem tie ir piemērojami? Kā izdarīt atbilstošu izvēli faktiskajos projektos?
Strukturāli vienfāzes transformatora dzelzs serdeņa-veidlapa parasti ir mutes vai čaulas formā, ar vienkāršu un kompaktu struktūru, salīdzinoši mazu tilpumu un svaru, viegli transportējamu un uzstādāmu, un to var pat piekārt tieši pie staba. Trīsfāzu transformators integrē trīs fāžu tinumus vienā un tajā pašā dzelzs kodolā, trīs dzelzs serdeņa kolonnas ir sakārtotas vienādmalu trīsstūrī un savienotas ar dzelzs jūgiem, veidojot slēgtu magnētisko ķēdi. Šī kopīgā serdeņa konstrukcija ievērojami palielina materiālu izmantošanas līmeni trīs-fāzu transformatoriem, salīdzinot ar vienas-fāzes transformatoriem -, salīdzinot ar trīs-fāžu grupu, kas sastāv no trim vienas-fāzes transformatoriem ar tādu pašu jaudu, viens trīs-fāžu transformators var ietaupīt aptuveni 20 līdz 30 fāzu vadu, vienlaikus samazinot materiāla pēdas un vara zudumus. Tāpēc no lielapjoma materiālu patēriņa un aprīkojuma izmaksu viedokļa trīs{13}}fāzu transformatoriem ir dabiskas ekonomiskās priekšrocības lielas{14}}jaudas un liela mēroga{15}}elektroenerģijas padeves scenārijos.
Runājot par darbības veiktspēju, trīs{0}}fāzes transformatori un vienfāzes{1}}transformatori pielāgojas ļoti atšķirīgām slodzes īpašībām. Trīs-fāzu transformators var izvadīt trīs-fāzu simetrisku spriegumu ar 120 grādu fāzu starpību, kas var tieši vadīt rūpnieciskās kodoliekārtas, piemēram, trīs-fāzu asinhronos motorus, frekvences pārveidotājus, taisngriežus utt., kā arī var nodrošināt vienfāzes apgaismojumu vai kontaktligzdas apgaismojumu, izmantojot vienu un to pašu zvaigžņoto vadu. Kad trīs{10}}fāzu slodze ir līdzsvarota, trīs-fāzu transformators darbojas visefektīvāk, neitrālā līnijas strāva ir tuvu nullei, saliktā magnētiskā plūsma dzelzs kodolā ir nemainīga, un arī histerēzes un virpuļstrāvas zudumi ir zemā līmenī. Ja trīs-fāzu slodzes nelīdzsvarotība pārsniedz noteiktu robežu, tas izraisīs trīs-fāzu sprieguma asimetriju un neitrālā punkta novirzi, kas ietekmēs normālu iekārtas darbību un palielinās līnijas zudumus. Vienfāzes transformatoram nav problēmas ar trīs-fāzu nelīdzsvarotību, - to sākotnēji izmantoja vienas-fāzes slodzēm, un tam ir jākoncentrējas tikai uz vienas fāzes sprieguma un strāvas kvalitāti. Sprieguma regulēšanas ziņā vienfāzes transformatoru krānu pārslēga darbība ir vienkāršāka, taču situācijās, kurās nepieciešama liela jauda trīsfāzu elektrība, paralēli jāizmanto trīs vienfāzes transformatori, kas ne tikai palielina izmaksas un nospiedumu, bet arī prasa fāzu koordināciju un izejas konsekvences regulēšanu starp trim ierīcēm, ievērojami palielinot darbības sarežģītību.
No efektivitātes viedokļa trīsfāzu transformatoram ar vienādu kopējo jaudu parasti ir augstāka efektivitāte nekā trīs vienfāzes{1}}transformatoru kombinācijai, jo kopējais kodols samazina magnētiskās ķēdes garumu un atstarpi starp savienojumiem, kā rezultātā samazinās ierosmes strāva un dzelzs zudumi. Rūpnieciskā vidē ar augstu slodzes līmeni trīs-fāzu transformatoru ekspluatācijas izmaksu priekšrocības tiks vēl vairāk paplašinātas. Vienfāzes transformatoru efektivitāte daudz neatšķiras no trīsfāzu transformatoru efektivitātes, ja jauda ir maza (piemēram, vairāki desmiti kilovoltu ampēri vai mazāk), taču, palielinoties jaudai, palielinās materiālu patēriņš uz vienu jaudu un ekonomija pakāpeniski atpaliek no trīs fāžu shēmas. Tas izskaidro, kāpēc trīs-fāzu transformatori gandrīz dominē lielas{10}}jaudas sadales un pārraides jomā.
Tātad, kāda ir vienfāzes{0}}transformatoru esamības vērtība? Tās galvenās priekšrocības ir elastība un laba pielāgošanās spēja{1}}vienfāzes slodzēm. Daudzos gadījumos elektroiekārtas ir vienfāzes -vienfāzes -, piemēram, apgaismojums, ledusskapji, gaisa kondicionieri, televizori, kā arī ielu lampas, signāllampas, maza lauksaimniecības tehnika utt. dzīvojamās mājās. Šāda veida slodzei vienkāršākais un vistiešākais risinājums ir tieši izmantot vienfāzes transformatoru, lai saņemtu strāvu no vienas-fāzes tīkla, vai vienfāzes strāvu no trīsfāzu transformatora vienas fāzes. Īpaši attālos apgabalos strāvas padeves tīklā var būt tikai-vienfāzes līnijas, vai arī lietotājiem ir nepieciešams tikai neliels{13}}vienfāzes strāvas daudzums. Šajā gadījumā problēmas risināšanai pietiek ar nelielas jaudas{15}}vienfāzes transformatoru. Turklāt vienfāzes transformatori tiek plaši izmantoti elektrificēto dzelzceļu vilces barošanas sistēmā, jo gaisvadu kontaktu sistēmai ir nepieciešama vienfāzes maiņstrāva. Trīs{20}}fāžu elektrotīkls tiek pārveidots par divām vienfāzes{21}}elektrības līnijām, izmantojot Scott savienojumu vai Vv savienojumu, lai apgādātu vilcienus augšup un lejup. Dažos augstas uzticamības scenārijos, kuriem nepieciešama N-1 dublēšana, piemēram, daļējas barošanas avoti datu centros vai slimnīcās, tiek izmantoti trīs vienfāzes transformatori, lai izveidotu trīs-fāžu grupu. Ja rodas kļūme kādā no transformatoriem, V-V savienojumu var izmantot, lai uzturētu trīs-fāžu barošanas avotu (samazinot jaudu līdz divām-trešdaļām), kas ir elastīgāks nekā pilnīgs strāvas padeves pārtraukums pēc visa trīs-fāzu transformatora bojājuma. Tomēr šī pieeja tiek pieņemta tikai īpašās augstas uzticamības situācijās, un vispārējie rūpnieciskie lietotāji neatteiksies no trīsfāzu transformatoriem dublēšanas dēļ.
Salīdzinot pielietojuma scenārijus, var skaidri noteikt robežu starp abiem. Trīsfāzu transformatori ir standarta aprīkojums rūpnieciskajā ražošanā, elektrotīkla maģistrālē, lielos komerciālos kompleksos un centralizētās jaunās enerģijas spēkstacijās - gandrīz vienmēr izmanto vietās, kur nepieciešami trīs-fāzu motori, lielas-jaudas mainīgas frekvences iekārtas, centrālās gaisa kondicionēšanas sistēmas un publiskā elektrotīkla sadale. Vienfāzes transformatori dominē tādos scenārijos kā dzīvojamo ēku elektroapgāde, ielu apgaismojums, dzelzceļa vilce, instrumenti un vadības transformatori un mazas jaudas lauksaimniecības elektroenerģijas sadale. Pilsētu dzīvojamos rajonos trīsfāzu sadales transformatoru parasti izmanto, lai samazinātu 10 kV līdz 400 V, un pēc tam to ievada katrā mājsaimniecībā, izmantojot trīs fāžu līnijas un vienu neitrālu līniju. Katra mājsaimniecība paņem elektrību no vienas fāzes un dala neitrālu līniju, kas ne tikai atbilst kopējam trīs fāžu līdzsvaram, bet arī nodrošina vienfāzes mājsaimniecības barošanu. Tas nozīmē, ka vienfāzes transformatoru loma{12}ne vienmēr ir neatkarīga. Lielākajā daļā mūsdienu barošanas sistēmu tie tiek aizstāti ar trīs-fāzu transformatoriem un zemsprieguma{15}}sadales tīkliem, un tie parādās tikai kā neatkarīgas ierīces konkrētos termināļos vai īpašās lietojumprogrammās.
Transformatoru ražošanas uzņēmumu ārējās tirdzniecības personālam, iesakot produktus klientiem, ir jāpalīdz klientiem atbildēt uz šādiem jautājumiem: Vai elektroiekārtu barošanas sistēma ir vienfāzes vai trīs{1}}fāzes? Ja ir abi, kāda ir kopējā trīs-fāžu jauda un kopējā vienas-fāzes jauda? Vai uz vietas jau ir trīsfāžu{4}}barošanas avots? Kādas ir prasības attiecībā uz barošanas avota attālumu un sprieguma kritumu? Kāda ir nākotnes jaudas paplašināšanas telpa? Vai klienta budžets un uzstādīšanas vieta ir pietiekama? Vairumā gadījumu vēlamais risinājums jaunuzceltām rūpnīcām, iepirkšanās centriem, biroju ēkām vai dzīvojamiem rajoniem neapšaubāmi ir trīsfāžu sadales transformators, jo visai zemsprieguma{6}}sistēmai ir nepieciešama trīs-fāzu četru vadu sistēma, lai apmierinātu gan enerģijas, gan apgaismojuma vajadzības. Tikai tad, ja klients skaidri norāda, ka ir tikai vienas-fāzes slodze vai pats barošanas tīkls ir-vienfāzes līnija, ir ieteicams{11}}vienfāzes transformators. Piemēram, ja apūdeņošanas sūkņi un neliels apgaismojums attālā fermā ir vienfāzes aprīkojums un vietējais elektrotīkls nodrošina tikai vienfāzes{14}}līnijas, tad vienfāzes transformators uz staba ir visekonomiskākā un saprātīgākā izvēle.
Attiecībā uz eksporta sertifikāciju gan vienfāzes, gan trīsfāzes transformatoriem ir jāatbilst mērķa tirgus standarta sistēmai. IEC 60076 sērija ir piemērojama abiem, taču veiktspējas pārbaudes vienumi ir vienādi. Ziemeļamerikas tirgū ir nelielas atšķirības UL/CSA sertifikācijā vienfāzes sadales transformatoriem (parasti ar jaudu nepārsniedz 100kVA) un trīsfāzu sadales transformatoriem, un ir nepieciešams atsevišķi apstiprināt piemērojamās standarta versijas (piemēram, UL 1561 sausajam-transformatoru tipam, t.sk. viena-fāze un trīs{12}}fāze). Energoefektivitātes prasības nevar ignorēt - ASV DOE ir noteicis zudumu ierobežojumus gan vienfāzes, gan trīs{16}fāzes sadales transformatoriem, un ES ErP direktīva attiecas arī uz divu veidu produktiem. Eksportējot mazus transformatorus, piemēram, vadības transformatorus un izolācijas transformatorus, vienfāzes transformatoriem ir jāatbilst arī specializētiem standartiem, piemēram, IEC 61558 sērijai. Neatkarīgi no veida produktu dizaina salīdzinošās novērtēšanas un tipa testēšanas iepriekšēja veikšana, lai nodrošinātu atbilstību importētājvalsts obligātajiem sertifikācijas un energoefektivitātes marķējuma noteikumiem, ir raitas muitošanas un klientu uzticības iegūšanas priekšnoteikums.
Rezumējot, vienas{0}}fāzes transformatoriem un trīs-fāžu transformatoriem ir savs neaizstājams tehniskais un ekonomiskais novietojums. Trīsfāzu transformatori dominē augšup un vidus posmos no elektroenerģijas ražošanas līdz sadalei, kā arī lielākajai daļai rūpniecisko lietotāju, jo tiem ir augsta efektivitāte, kompaktums un liela jauda; Vienfāzes transformatori apkalpo vienfāzes slodzes termināļus un īpašus vilces laukus, un to priekšrocības ir vienkāršība, elastība un zemas izmaksas. Nav neviena transformatora, kas varētu dominēt pasaulē. Izvēles būtība ir saskaņot slodzes raksturlielumus, barošanas apstākļus un ekonomisko budžetu. Kad klienti saskaras ar dilemmu par to, vai izmantot vienu-fāzi vai trīs-fāzu, kā profesionālam ārējās tirdzniecības personālam, vislabākais padoms ir vispirms sakārtot visu uz vietas esošo elektroiekārtu sarakstu, aprēķināt trīs-fāžu un vienas{10}}fāzes slodžu attiecību un pēc tam apvienot strāvas padeves tīkla pašreizējo situāciju ar objektīvo tīkla-priekšrocībām, lai salīdzinātu iepriekš minētos objektīvos apstākļus un nākotnes paplašināšanas priekšrocības. transformatori pa vienam. Atbilde dabiski parādīsies datos.
