Vo veľkej rodine transformátorov,jednofázovými{0} transformátormisú jedným z najzákladnejších a najstarších členov. Jeho štruktúra a princíp sa môžu zdať jednoduché - iba s jedným pilierom so železným jadrom a dvoma vinutiami (primárnym a sekundárnym), ale podporuje širokú škálu potrieb od osvetlenia obytných budov po železničnú trakciu, od presných prístrojov až po novú výrobu energie. Avšak podľa dojmu väčšiny ľudí,trojfázových transformátorov-sú hlavnou voľbou pre priemysel a energetické siete. V ktorých konkrétnych scenároch teda jednofázové transformátory stále zohrávajú nenahraditeľnú úlohu? Aké sú jeho jedinečné výhody a nevýhody v porovnaní s troj{2}}fázovými transformátormi? Ak si projekt vyžaduje jednofázové napájanie, aké technické podrobnosti a požiadavky na certifikáciu by sa mali zohľadniť pri výbere?
V základnom princípe ajednofázový-transformátorje statické elektrické zariadenie, ktoré pracuje na princípe elektromagnetickej indukcie. Keď je vinutie pripojené k zdroju striedavého prúdu, v železnom jadre sa vytvára striedavý magnetický tok, ktorý súčasne prechádza sekundárnym vinutím a indukuje elektromotorickú silu s pomerom napätia rovným pomeru závitov. Štrukturálne majú jednofázové transformátory typicky železné jadro v tvare úst (jadrového typu) alebo plášťového typu s vysokonapäťovým a nízkonapäťovým vinutím sústredným okolo stĺpa železného jadra. V závislosti od počtu fáz možno jednofázové transformátory použiť samostatne alebo v trojfázovom systéme, ktorý pozostáva z troch jednofázových transformátorov-. Táto schéma „troch jednofázových-komponentov tvoriacich jednu trojfázovú-fázu“ má jedinečné výhody v určitých situáciách vysokého-napätia a vysokej{11}}kapacity.
Najvýznamnejšia výhoda jednofázových{0}}transformátorov spočíva v ich flexibilite a hospodárnosti. V situáciách, keď dopyt po kapacite nie je vysoký, ako napríklad jednometrové napájanie v domácnostiach v obytných oblastiach, pouličné osvetlenie, malé elektrické náradie a napájacie adaptéry v domácich spotrebičoch, môžu jednofázové transformátory priamo odoberať energiu z jednofázových 220 V alebo 110 V jednofázových sietí bez potreby zložitých výpočtov trojfázového vyváženia. Majú jednoduchú štruktúru a nízke náklady. Na prevádzkovej úrovni, keď zlyhá jeden-fázový transformátor, je potrebné vymeniť iba zariadenie bez ovplyvnenia ďalších dvoch fáz v celej trojfázovej skupine. To je veľmi cenné pri napájaní železničnej trakcie a distribúcii energie vo vzdialených oblastiach. Jednofázové transformátory majú navyše menší objem a hmotnosť v porovnaní s trojfázovými transformátormi s rovnakou kapacitou, čo uľahčuje ich prepravu a inštaláciu, čo je obzvlášť vhodné na inštaláciu do stĺpov na nadzemných vedeniach.
Jedno{0}}fázové transformátory však majú aj prirodzené obmedzenia. Pri rovnakej kapacite je miera využitia materiálu jednofázových transformátorov zvyčajne nižšia ako miera využitia trojfázových transformátorov, pretože železné jadro a vinutie trojfázových transformátorov môžu zdieľať magnetický obvod, čím sa šetria materiály železného jadra a znižujú straty. V priemyselnej-distribúcii energie a chrbticových sieťach elektrickej siete sú preto trojfázové{7}}transformátory absolútnym hlavným prúdom. Navyše, ak sa na určitú fázu sústredí veľké množstvo jednofázových-záťaží, môže to spôsobiť nerovnováhu v trojfázovej{10}elektrickej sieti, čo môže viesť k problémom, ako je posun neutrálneho bodu a zvýšený prúd s nulovou sekvenciou. Preto je potrebné rozumné rozloženie záťaže vo veľkom{12}}jednofázovom{13}}rozdelení.
Aké sú teda typické scenáre aplikácie jednofázových{0}}transformátorov? Elektrifikované železničné trakčné napájanie je jednou z najdôležitejších oblastí použitia jednofázových transformátorov. Železničný trolejový systém využíva jednofázové striedavé napájanie (25 kV alebo 2 × 25 kV) a trakčný transformátor premieňa trojfázovú -vysoko{8}}elektrickú energiu elektrickej siete na jednofázovú-elektrickú energiu vhodnú na prevádzku vlakov. Existujú dve bežné riešenia: jedným je použitie jednofázového transformátora na priame napájanie jednej fázy z trojfázovej{12}}siete, ale tento prístup môže spôsobiť vážnu trojfázovú nerovnováhu; Bežnejším riešením je použitie pripojovacích transformátorov Scott alebo Vv na premenu troj{14}}fázovej elektriny na dva jednofázové{15}}zdroje elektriny s fázovým rozdielom 90 stupňov, ktoré dodávajú energiu do nadzemnej a nadzemnej kontaktnej siete, čím sa dosiahne vyváženie záťaže. Vezmime si ako príklad čínsku-rýchlostnú železnicu. Veľký počet jednofázových trakčných transformátorov sa používa v spojení s napájaním AT, aby sa splnili požiadavky na vysoký-výkon a spoľahlivosť vysokorýchlostných vlakov{21}}. V obytnom a komerčnom osvetlení je jednofázová distribúcia energie všadeprítomná - od mikrotransformátorov v elektromeroch v domácnostiach až po jednofázové transformátory montované na stĺp v obytných rozvodniach, ktoré znižujú 10 kV vysoké napätie na 220 V (alebo 110 V) nízke napätie a denne poskytujú elektrinu tisíckam domácností. V oblasti novej energie majú niektoré domáce fotovoltaické invertory a systémy na ukladanie energie zabudované aj-jednofázové{31}}transformátory na dosiahnutie bezpečnej izolácie a prispôsobenia napätia domácej elektrickej sieti. Okrem toho sa jednofázové oddeľovacie transformátory používajú v priemyselnom riadení, prístrojovom vybavení, komunikačných napájacích zdrojoch a zdravotníckych zariadeniach na zabezpečenie bezpečnej izolácie a funkcií proti rušeniu.
V porovnaní s troj{0}}fázovými transformátormi má výber jednofázových{1}} transformátorov svoje vlastné charakteristiky. Pokiaľ ide o vyjadrenie kapacity, menovitá kapacita jednofázového transformátora sa vzťahuje na kapacitu jednej jednotky (v kVA), zatiaľ čo menovitá kapacita trojfázového transformátora sa vzťahuje na súčet troch fáz. Keď sa na vytvorenie trojfázovej skupiny v trojfázovom systéme použijú tri jedno-fázové transformátory,-fázová skupina v trojfázovom systéme, kapacita každého jedno-fázového transformátora by mala byť jedna{10}}tretina celkovej trojfázovej{11} kapacity (s ohľadom na malé rozdiely v spôsoboch zapojenia). Toto „tri jednofázové-riešenie namiesto jedného trojfázového{14}} je v určitých situáciách výhodnejšie: napríklad v ultra-vysokonapäťových a veľkokapacitných rozvodniach nemusí byť možné jeden trojfázový transformátor z dôvodu prepravnej veľkosti a hmotnosti prepraviť na miesto po ceste alebo železnici, pričom ho možno rozdeliť na tri jednofázové{1} zmontované{1} pretransformovať ho{1} samostatne na mieste. Použitie troch jednofázových{19}}fázových transformátorov zároveň poskytuje redundanciu N-1 -, ak jeden zlyhá, spôsob zapojenia „V-V“ možno dočasne použiť na pokračovanie v dodávke energie na dve-tretiny kapacity, čím sa zabezpečí, že sa neprerušia dôležité záťaže. Samozrejme, že náklady a pôdorys troch jednofázových riešení sú zvyčajne vyššie ako jeden trojfázový transformátor, takže pokiaľ neexistujú špeciálne požiadavky na prepravu alebo redundanciu, vo všeobecnosti sa uprednostňujú trojfázové transformátory.
Pokiaľ ide o exportnú certifikáciu, jednofázové transformátory sa tiež riadia sériou IEC 60076 alebo zodpovedajúcimi národnými normami. Pre severoamerický trh musia jednofázové distribučné transformátory spĺňať normy UL 1561 (suché -univerzálne transformátory) alebo UL 506 (špeciálne transformátory) a musia byť certifikované laboratóriom NRTL. Pre trh EÚ musia jednofázové transformátory spĺňať požiadavky smernice o nízkom napätí (LVD) a smernice o elektromagnetickej kompatibilite (EMC) s normami založenými na sérii EN 61558 (bezpečnostné izolačné transformátory) alebo EN 60076 (výkonové transformátory). Okrem toho nemožno ignorovať požiadavky na energetickú účinnosť: Ministerstvo energetiky USA (DOE) má povinné limity bez{12}}záťaže a straty záťaže pre jednofázové distribučné transformátory (s kapacitou medzi 10{15}}833 kVA) a smernica EÚ ErP stanovuje úrovne energetickej účinnosti aj pre malé a stredné{17}}transformátory. Pri jednofázových transformátoroch vyvážaných na Blízky východ, do Afriky, juhovýchodnej Ázie atď. je zvyčajne potrebné poskytnúť protokoly o skúške CB alebo získať certifikáty zhody od miestnych kontrolných agentúr (ako SABRE, SONCAP, PVoC atď.). Pracovníci zahraničného obchodu by mali pri cenovej ponuke vopred porozumieť najnovším normám energetickej účinnosti a certifikačným procesom cieľovej krajiny a zahrnúť poplatky za certifikáciu a čas do plánu projektu.
Pri praktickom výbere zákazníci často čelia dileme: mali by v prípade jednofázových{0}}scenárov napájania zvoliť jednofázový{1}}transformátor alebo použiť jednu fázu z trojfázového-transformátora? Odpoveď závisí od veľkosti záťaže a konfigurácie systému. Ak je jednofázová zaťažiteľnosť veľká (napríklad presahuje 100 kVA), odber jednej fázy z trojfázového transformátora môže spôsobiť vážnu nerovnováhu medzi tromi fázami. V tomto prípade by sa mal jednofázový transformátor nakonfigurovať samostatne alebo by sa mali použiť tri jednofázové transformátory- na vytvorenie vyváženého systému napájania. Ak je kapacita jednofázovej záťaže malá a rozptýlená a samotný trojfázový transformátor má dostatočnú rezervu kapacity, je ekonomicky uskutočniteľné priamo napájať jednofázovú energiu z jednej fázy trojfázového{14} transformátora. Okrem toho je potrebné zvážiť otázku ochrany uzemnenia, - či sekundárna strana jednofázového transformátora musí byť uzemnená a aký spôsob uzemnenia použiť, by sa mal určiť podľa miestnych elektrických predpisov.
Stručne povedané, hoci jednofázové transformátory nahradili trojfázové transformátory v oblasti veľkokapacitného a{2}}diaľkového prenosu, stále zohrávajú nenahraditeľnú úlohu v elektrifikovaných železniciach, distribúcii elektrickej energie v domácnostiach, lokálnom napájaní priemyselných a banských podnikov a rôznych špecializovaných zariadeniach. Jeho jednoduchosť, flexibilita a nízke{4}}nákladové charakteristiky z neho robia stále najlepšiu voľbu v situáciách s nízkym napätím a nízkou kapacitou. Keď vaši klienti hľadajú riešenie napájacieho zdroja pre malý projekt alebo vyhradenú záťaž, môže byť užitočné viesť ich k myšlienke: Je toto zariadenie jednofázové-? Je vzdialenosť napájacieho zdroja a pokles napätia v prijateľnom rozsahu? Máte podmienky na vyváženie trojfázovej-záťaže? V procese zodpovedania týchto otázok sa prirodzene ukáže hodnota jednofázových transformátorov.
