Трехфазный ток можно трансформировать 3-мя совсем отдельными однофазными трансформаторами. В данном случае обмотки всех 3-х фаз магнитно не связаны вместе: любая фаза имеет свою магнитную цепь. Но тот же трехфазный ток можно трансформировать и одним трехфазным трансформатором, у которого обмотки всех 3-х фаз магнитно связаны меж собою, потому что имеют общую магнитную цепь.

Чтоб уяснить для себя принцип действия и устройства трехфазного трансформатора, представим для себя три однофазных трансформатора, приставленных один к другому так, что три стержня их образуют один общий центральный стержень (рис. 1). На каждом из других 3-х стержней наложены первичные и вторичные обмотки (на рис. 1 вторичные обмотки не изображены).

Представим, что первичные катушки всех стержней трансформатора совсем схожи и намотаны в одном направлении (на рис. 1 первичные катушки намотаны по часовой стрелке, если смотреть на их сверху). Соединим все верхние концы катушек в нейтраль О, а нижние концы катушек подведем к трем зажимам трехфазной сети.

Рисунок 1.

Токи в катушках трансформатора создадут переменные во времени магнитные потоки, которые будут замыкаться каждый в собственной магнитной цепи. В центральном составном стержне магнитные потоки сложатся и в сумме дадут ноль, ибо эти потоки создаются симметричными трехфазными токами, относительно которых мы знаем, что сумма моментальных значений их равна нулю в хоть какой момент времени.

К примеру, если б в катушке АХ ток I, был больший и проходил в обозначенном на рис. 1 направлении, то магнитный поток был бы равен большему собственному значению Ф и был ориентирован в центральном составном стержне сверху вниз. В 2-ух других катушках BY и CZ токи I2 и I3 в тот же момент времени равны половине большего тока и имеют оборотное направление по отношению к току в катушке АХ (таково свойство трехфазных токов). По этой причине в стержнях катушек BY и CZ магнитные потоки будут равны половине большего потока и в центральном составном стержне будут иметь оборотное направление по отношению к сгустку катушки АХ. Сумма потоков в рассматриваемый момент равна нулю. То же самое имеет место и для любого другого момента.

Отсутствие потока в центральном стержне не значит отсутствия потоков в других стержнях. Если б мы убрали центральный стержень, а верхние и нижние ярма соединили в общие ярма (см. рис. 2), то поток катушки АХ отыскал бы для себя путь через сердечники катушек BY и CZ, при этом магнитодвижущие силы этих катушек сложились бы с магнитодвижущей силой катушки АХ. В таком случае мы получили бы трехфазный трансформатор с общей магнитною цепью всех 3-х фаз.

Рисунок 2.

Потому что токи в катушках сдвинуты по фазе на 1/3 периода, то и создаваемые ими магнитные потоки также сдвинуты во времени на 1/3 периода, т. е. самые большие значения магнитных потоков в стержнях катушек следуют последовательно через 1/3 периода.

Следствием сдвига по фазе магнитных потоков в сердечниках на 1/3 периода является таковой же сдвиг по фазе и электродвижущих сил, индуктируемых как в первичных, так и во вторичных катушках, наложенных на стержнях. Электродвижущие силы первичных катушек практически уравновешивают приложенное трехфазное напряжение. Электродвижущие силы вторичных катушек при правильном соединении концов катушек дают трехфазное вторичное напряжение, которое подается во вторичную цепь.

В отношении конструкции магнитной цепи трехфазные трансформаторы, как и однофазные, делятся на стержневые рис. 2. и броневые.

Стержневые трехфазные трансформаторы разделяются на:

а) трансформаторы с симметричной магнитной цепью

б) трансформаторы с несимметричной магнитной цепью.

На рис. 3 схематически изображен стержневой трансформатор с симметричной магнитной цепью, а на рис. 4 изображен стержневой трансформатор с несимметричной магнитной цепью. Как видно из из 3-х стальных стержней 1, 2 и 3, схваченных сверху и снизу стальными накладками-ярмами. На каждом стержне находятся первичная I и вторичная II катушки одной фазы трансформатора.

У первого трансформатора стержни размещены по верхушкам углов равностороннего треугольника; у второго трансформатора стержни размещены в одной плоскости.

Размещение стержней по верхушкам углов равностороннего треугольника дает равные магнитные сопротивления для магнитных потоков всех 3-х фаз, потому что пути прохождения этих потоков схожи. По правде, магнитные потоки 3-х фаз проходят каждый в отдельности через один вертикальный стержень стопроцентно и через два других стержня но половине.

На рис. 3 пунктиром изображены пути замыкания магнитного потока фазы стержня 2. Просто созидать, что для потоков фаз стержней 1 и 3 пути замыкания их магнитных потоков совсем схожи. Это означает, что у рассматриваемого трансформатора магнитные сопротивления для потоков равны меж собою.

Размещение стержней в одной плоскости приводит к тому, что магнитное сопротивление для потока средней фазы (на рис. 4 для фазы стержня 2) меньше, ежели для потоков последних фаз (на рис. 4 — для фаз стержней 1 и 3).

Рисунок 4.

Магнитные потоки последних фаз проходят по немного более длинным путям, чем поток средней фазы. Не считая того, поток последних фаз, выйдя из собственных стержней, проходит в одной половине ярма стопроцентно, и исключительно в другой половине (после ответвления в средний стержень) проходит его половина. Поток же средней фазы по выходе из вертикального стержня тотчас же разветвляется на две половины, и поэтому в обеих частях ярма проходит только половина потока средней фазы.

Таким образом потоки последних фаз насыщают ярмо в основном, чем поток средней фазы, а поэтому магнитное сопротивление для потоков последних фаз больше, чем для потока средней фазы.

Следствием неравенства магнитных сопротивлений для потоков различных фаз трехфазного трансформатора является неравенство токов холостой работы в отдельных фазах при одном и том же фазном напряжении.

Но при маленький насыщенности железа ярма и неплохой сборке железа стержней это неравенство токов непринципиально. Потому что конструкция трансформаторов с несимметричной магнитной цепью существенно проще, чем трансформатора с симметричной магнитной цепью, то 1-ые трансформаторы и отыскали для себя преимущественное применение. Трансформаторы с симметричною магнитною цепью встречаются редко.

Рассматривая рис. 3 и 4 и предполагая, что во всех 3-х фазах проходят токи, просто наблюдать, что все фазы магнитно связаны вместе. Это означает, что магнитодвижущие силы отдельных фаз оказывают влияние друг на друга, чего мы не имеем, когда трехфазный ток трансформируется 3-мя однофазными трансформаторами.

Вторую группу трехфазных трансформаторов составляют броневые трансформаторы. Броневой трансформатор можно рассматривать вроде бы состоящим из 3-х однофазных броневых трансформаторов, приставленных один к другому своими ярмами.

На рис. 5 схематически изображен броневой трехфазный трансформатор с вертикально размещенным внутренним стержнем. Просто созидать из рисунка, что плоскостями АВ и CD он может быть разбит на три однофазных броневых трансформатора, магнитные потоки которых могут замыкаться каждый по собственной магнитной цепи. Пути прохождения магнитных потоков на рис. 5 указаны пунктирными линиями.

Рисунок 5.

Как видно из рисунка, в средних вертикальных стержнях а, на которых наложены первичная I и вторичная II обмотки одной фазы, проходит полный поток, тогда как в ярмах b-b и боковых стенах проходит по половине потока. При одной и той же индукции сечения ярма и боковых стен должны быть в два раза меньше сечения среднего стержня а.

Что касается магнитного потока в промежуточных частях с-с, то его величина, как мы увидим дальше, находится в зависимости от метода включения средней фазы.

Основным преимуществом броневых трансформаторов перед стержневыми трансформаторами являются короткие пути замыкания магнитных потоков, а как следует, маленькие токи холостой работы.

К недостаткам броневых трансформаторов можно отнести, во-1-х, малую доступность обмоток для ремонта, в виду того, что они окружены железом, и, во-2-х, худшие условия остывания обмотки — по той же причине.

У стержневых трансформаторов обмотки практически полностью открыты и поэтому более доступны для осмотра и ремонта, также и для охлаждающей среды.