U praktičnom radu odabira transformatora, temeljno, ali ključno pitanje često leži pred inženjerima i nabavom: treba li odabratijedno{0}}fazni transformatorili atro{0}}fazni transformator? Iako ove dvije vrste transformatora rade na istom principu i slijede zakon elektromagnetske indukcije, imaju bitne razlike u strukturi, učinkovitosti, scenarijima primjene i ekonomičnosti. Jedno-fazni transformator ima samo jedan set željezne jezgre i namota koji se koristi za jednofazne-izmjenične krugove; Tro-fazni transformator sastoji se od tri jednofazna-namota koji dijele željeznu jezgru od tri stupca, a koriste se u trofaznim AC sustavima. Razumijevanje razlike između to dvoje ne odnosi se samo na to može li oprema zadovoljiti zahtjeve opterećenja, već također utječe na radnu učinkovitost, kvalitetu električne energije i investicijske troškove cijelog sustava napajanja. Dakle, koje su prednosti i nedostaci jedno-faznih transformatora odnosno trofaznih-transformatora? Na koje specifične električne scenarije su primjenjivi? Kako napraviti odgovarajuće izbore u stvarnim projektima?
Strukturno, željezna jezgra jedno-faznog transformatora obično je u obliku usta ili školjke, jednostavne i kompaktne strukture, relativno malog volumena i težine, laka za transport i ugradnju, a može se čak i izravno objesiti na stup. Tro-fazni transformator integrira namote tri faze na istu željeznu jezgru, s tri kolone željezne jezgre raspoređene u jednakostranični trokut i povezane željeznim jarmovima kako bi tvorile zatvoreni magnetski krug. Ovaj uobičajeni dizajn jezgre značajno povećava stopu iskorištenja materijala tro-faznih transformatora u usporedbi s jedno-faznim transformatorima - u usporedbi s tro-faznom grupom koja se sastoji od tri jedno-fazna transformatora istog kapaciteta, jedan tro-fazni transformator može uštedjeti oko 20 do 30 posto materijala jezgre i bakrenih žica, dok smanjuje gubitke i minimizira otisak stopala. Stoga, iz perspektive rasute potrošnje materijala i cijene opreme, tro-fazni transformatori imaju prirodne ekonomske prednosti u scenarijima velikog-kapaciteta i-opskrbe električnom energijom.
Što se tiče radne izvedbe, tro-fazni transformatori i jedno-fazni transformatori prilagođavaju se znatno različitim karakteristikama opterećenja. Tro-fazni transformator može proizvesti tro-fazni simetrični napon s faznom razlikom od 120 stupnjeva, koji može izravno pokretati industrijsku opremu kao što su tro-fazni asinkroni motori, pretvarači frekvencije, ispravljači itd., a također može osigurati jedno-fazno osvjetljenje ili napajanje utičnice u isto vrijeme (neutralna žica izvodi se kroz zvjezdasti spoj). Kada je tro{10}}fazno opterećenje uravnoteženo, tro-fazni transformator radi najučinkovitije, struja neutralne linije je blizu nule, kompozitni magnetski tok u željeznoj jezgri je konstantan, a histereza i gubici vrtložne struje također su na niskoj razini. Ako neravnoteža tro-faznog opterećenja premaši određenu granicu, to će uzrokovati asimetriju tro-faznog napona i odstupanje neutralne točke, što će utjecati na normalan rad opreme i povećati gubitke u liniji. Jedno{16}}fazni transformator nema problema s tro-faznom neravnotežom - izvorno se koristi za jedno-fazna opterećenja i treba se usredotočiti samo na kvalitetu napona i struje jedne faze. Što se tiče regulacije napona, rad mjenjača jednofaznih-faznih transformatora je jednostavniji, ali za situacije koje zahtijevaju tro-faznu električnu energiju velikog kapaciteta, tri jedno-fazna transformatora moraju se koristiti paralelno, što ne samo da povećava troškove i otisak, već također zahtijeva faznu koordinaciju i prilagodbu dosljednosti izlaza između tri uređaja, značajno povećavajući složenost rada i upravljanja.
Iz perspektive učinkovitosti, tro-fazni transformator s istim ukupnim kapacitetom obično ima veću učinkovitost od kombinacije tri jedno-fazna transformatora, jer zajednička jezgra smanjuje duljinu magnetskog kruga i razmak između spojeva, što rezultira manjom pobudnom strujom i manjim gubitkom željeza. U industrijskim okruženjima s visokim stopama opterećenja, prednost tro-faznih transformatora u radu će se dodatno povećati. Učinkovitost jedno-faznih transformatora ne razlikuje se puno od one trofaznih-transformatora kada je kapacitet mali (kao što je nekoliko desetaka kilovolt ampera ili manje), ali kako se kapacitet povećava, potrošnja materijala po jedinici kapaciteta raste, a ekonomija postupno zaostaje za trofaznom shemom. Ovo objašnjava zašto trofazni-transformatori gotovo dominiraju poljem-distribucije i prijenosa velikog kapaciteta.
Dakle, koja je vrijednost postojanja jedno-faznih transformatora? Njegove glavne prednosti leže u fleksibilnosti i dobroj prilagodljivosti jedno-faznim opterećenjima. U mnogim scenarijima sama električna oprema je jedno-fazna - kao što su rasvjeta, hladnjaci, klima uređaji, televizori, kao i ulične svjetiljke, signalna svjetla, mali poljoprivredni strojevi itd. u stambenim kućama. Za ovu vrstu opterećenja, najjednostavnije i najizravnije rješenje je izravna upotreba jedno-faznog transformatora za izvlačenje struje iz jedno-fazne mreže ili izvlačenje jedno-fazne struje iz jedne faze trofaznog-transformatora. Osobito u udaljenim područjima, mreža napajanja može imati samo jedno-fazne vodove ili korisnicima treba samo mala količina-jednofazne struje. U ovom slučaju, jednofazni-transformator malog kapaciteta dovoljan je za rješavanje problema. Osim toga, jedno{17}}fazni transformatori naširoko se koriste u vučnom sustavu napajanja elektrificiranih željeznica, budući da nadzemni kontaktni sustav zahtijeva jednofazno-izmjenično napajanje. Tro-fazna elektroenergetska mreža pretvara se u dva jednofazna-fazna strujna voda preko Scott priključka ili Vv priključka za opskrbu vlakova gore i dolje. U nekim scenarijima visoke pouzdanosti koji zahtijevaju N-1 redundanciju, kao što su djelomični izvori napajanja u podatkovnim centrima ili bolnicama, tri jedno-fazna transformatora koriste se za formiranje tro-fazne grupe. U slučaju kvara na jednom od transformatora, veza V-V može se koristiti za održavanje tro-faznog napajanja (smanjenje kapaciteta na dvije-trećine), što je fleksibilnije od potpunog prekida napajanja nakon što se cijeli tro-fazni transformator ošteti. Međutim, ovaj se pristup primjenjuje samo u specifičnim situacijama visoke pouzdanosti, a opći industrijski korisnici neće odustati od trofaznih transformatora zbog redundancije.
U usporedbi scenarija primjene, granica između to dvoje može se jasno definirati. Trofazni transformatori standardna su oprema u industrijskoj proizvodnji, okosnici električne mreže, velikim komercijalnim kompleksima i centraliziranim novim energetskim elektranama - koji se gotovo uvijek koriste na mjestima gdje su potrebni tro-fazni motori, visoko-snažna oprema s promjenjivom frekvencijom, centralni klimatizacijski sustavi i javna distribucija električne mreže. Jednofazni transformatori dominiraju u scenarijima kao što su opskrba električnom energijom za stambene objekte, ulična rasvjeta, željeznička vuča, transformatori za instrumentaciju i upravljanje te poljoprivredna distribucija električne energije malog kapaciteta. U urbanim stambenim područjima, tro-fazni distribucijski transformator se obično koristi za smanjenje 10 kV na 400 V, a zatim se uvodi u svako kućanstvo kroz tri fazne linije i jednu neutralnu liniju. Svako kućanstvo uzima električnu energiju iz jedne faze i dijeli neutralni vod, što ne samo da zadovoljava ukupnu ravnotežu tri faze, već također postiže jedno-fazno napajanje kućanstva. Drugim riječima, uloga jedno-faznih transformatora nije uvijek neovisna. U velikoj većini suvremenih sustava napajanja oni su zamijenjeni trofaznim-transformatorima i nisko{15}}naponskim distribucijskim mrežama, a pojavljuju se samo kao neovisni uređaji u određenim terminalima ili posebnim aplikacijama.
Za vanjskotrgovinsko osoblje poduzeća za proizvodnju transformatora, kada preporučuju proizvode kupcima, moraju pomoći kupcima odgovoriti na sljedeća pitanja: Je li sustav napajanja električne opreme jednofazni-ili tro-fazni? Ako postoje oboje, koliki je ukupni tro-fazni kapacitet i ukupni jedno-fazni kapacitet? Postoji li već-trofazno napajanje na licu mjesta? Koji su zahtjevi za udaljenost napajanja i pad napona? Koji je budući prostor za proširenje kapaciteta? Jesu li proračun kupca i prostor za ugradnju dovoljni? U većini slučajeva, preferirano rješenje za napajanje novoizgrađenih tvornica, trgovačkih centara, uredskih zgrada ili stambenih područja nedvojbeno je tro-fazni distribucijski transformator, budući da cijeli-niskonaponski sustav zahtijeva tro-fazni četverožični sustav kako bi zadovoljio potrebe i za napajanjem i za rasvjetom. Samo kada kupac izričito navede da postoji samo jedno-fazno opterećenje ili je sama mreža napajanja jednofazna-fazna linija, treba preporučiti jedno-fazni transformator. Na primjer, ako su pumpe za navodnjavanje i mala količina rasvjete na udaljenoj farmi jednofazna-oprema, a lokalna električna mreža pruža samo jedno-fazne vodove, tada je jedno-fazni transformator na stupu najekonomičniji i najrazumniji izbor.
Što se tiče izvozne certifikacije, i jedno-fazni i tro-fazni transformatori moraju slijediti standardni sustav ciljnog tržišta. Serija IEC 60076 primjenjiva je na obje, ali stavke ispitivanja performansi su iste. Postoje male razlike u UL/CSA certifikaciji za jedno-fazne distribucijske transformatore (obično s kapacitetom koji ne prelazi 100kVA) i tro-fazne distribucijske transformatore na sjevernoameričkom tržištu, te je potrebno zasebno potvrditi primjenjive standardne verzije (kao što je UL 1561 za suhe-tipove opće-transformatora, uključujući jedno-fazne i tro-fazni). Zahtjevi energetske učinkovitosti ne mogu se zanemariti - US DOE je postavio ograničenja gubitaka i za jedno-fazne i za tro-fazne distribucijske transformatore, a EU ErP direktiva također pokriva dvije vrste proizvoda. Pri izvozu malih transformatora kao što su upravljački transformatori i izolacijski transformatori, jedno-fazni transformatori također moraju zadovoljiti specijalizirane standarde kao što je serija IEC 61558. Bez obzira na tip, provođenje usporedne analize dizajna proizvoda i testiranja tipa unaprijed kako bi se osigurala usklađenost s obveznim propisima o certificiranju i označavanju energetske učinkovitosti zemlje uvoznice preduvjet je za nesmetano carinjenje i stjecanje povjerenja kupaca.
Ukratko, jedno-fazni transformatori i tro-fazni transformatori imaju svaki svoj nezamjenjiv tehnički i ekonomski položaj. Trofazni transformatori dominiraju uzvodnim i srednjim vezama od proizvodnje električne energije do distribucije, kao i velikom većinom industrijskih korisnika, zbog svojih prednosti visoke učinkovitosti, kompaktnosti i velikog kapaciteta; Jednofazni transformatori opslužuju jedno-fazne terminale za opterećenje i posebna vučna polja sa svojim prednostima jednostavnosti, fleksibilnosti i niske cijene. Ne postoji transformator koji može dominirati svijetom. Bit odabira je uskladiti karakteristike opterećenja, uvjete napajanja i ekonomski proračun. Kada su korisnici suočeni s dilemom hoće li koristiti mono-fazu ili tro-fazu, kao profesionalno vanjskotrgovinsko osoblje, najbolji savjet je da prvo sortirate popis sve električne opreme na licu mjesta, izračunate omjer tro-faznih i jedno{10}}faznih opterećenja, a zatim kombinirate trenutnu situaciju mreže napajanja i buduće planove proširenja kako biste usporedili gore navedene objektivne uvjete s prednostima i nedostaci dva transformatora jedan po jedan. Odgovor će se prirodno pojaviti u podacima.
