Transformatordefinition
En transformator defineres som et elektrisk apparat, der overfører elektrisk energi mellem to eller flere kredsløb gennem elektromagnetisk induktion.
Teori for Transformator uden Belastning
Uden Vindingmodstand og Udbjærgningsreaktance
Overvej en transformator med kun kerneforskydninger, hvilket betyder, at den ikke har kobberforskydninger eller udbjærgningsreaktance. Når en alternativstrømkilde tilføres primærvindingen, leverer den strøm til at magnetisere transformatorens kerne.
Men denne strøm er ikke den faktiske magnetiseringsstrøm; den er en smule større end den faktiske magnetiseringsstrøm. Den samlede strøm, der leveres fra kilden, består af to komponenter, den ene er magnetiseringsstrømmen, der anvendes alene til at magnetisere kernen, og den anden komponent af kildestrømmen bruges til at kompensere for kerneforskydninger i transformatorer.
På grund af kerneforskydningskomponenten ligger ikke kildestrømmen uden belastning præcis 90° bagud for spændingen, men ved en vinkel θ, som er mindre end 90°. Den samlede strøm Io har en komponent Iw i fase med spændingen V1, der repræsenterer kerneforskydningskomponenten.
Denne komponent tages i fase med kildespændingen, fordi den er forbundet med aktive eller arbejdende forsikninger i transformatorer. En anden komponent af kildestrømmen betegnes som Iμ.
Denne komponent producerer den alternativende magnetiske flux i kernen, så den er watt-løs; det vil sige, det er den reaktive del af transformatorens kildestrøm. Derfor vil Iμ være i kvadratur med V1 og i fase med den alternativende flux Φ. Dermed kan den samlede primærstrøm i en transformator under ingen-belastningsforhold repræsenteres som:
Nu har du set, hvor simpelt det er at forklare teorien for en transformator uden belastning.
Teori for Transformator med Belastning
Uden Vindingmodstand og Udbjærgningsreaktance
Nu vil vi undersøge opførslen af den ovenfor nævnte transformator under belastning, hvilket betyder, at belastningen er forbundet til sekundære terminaler. Overvej en transformator med kerneforskydninger, men ingen kobberforskydninger og udbjærgningsreaktance. Når en belastning forbinder til sekundærvindingen, begynder belastningsstrømmen at flyde gennem både belastningen og sekundærvindingen.
Denne belastningsstrøm afhænger udelukkende af belastningens egenskaber samt sekundærespændingen i transformatoren. Denne strøm kaldes sekundærstrøm eller belastningsstrøm, her betegnet som I2. Da I2 flyder gennem sekundæren, produceres en selv-MMF i sekundærvindingen. Her er det N2I2, hvor N2 er antallet af vindinger i sekundærvindingen af transformatoren.
Denne MMF eller magnetomotoriske styrke i sekundærvindingen producerer flux φ2. Denne φ2 vil modvirke den primære magnetiseringsflux og midlertidigt svække den primære flux og forsøge at reducere den primære selv-indducerede emf E1. Hvis E1 falder under den primære kildespænding V1, vil der være en ekstra strøm, der flyder fra kilden til primærvindingen.
Denne ekstra primærstrøm I2′ producerer ekstra flux φ′ i kernen, der neutraliserer den sekundære mot-flux φ2. Derfor forbliver den primære magnetiseringsflux i kernen, Φ, uændret uanset belastning. Så den samlede strøm, denne transformator trækker fra kilden, kan deles i to komponenter.
Den første anvendes til at magnetisere kernen og kompensere for kerneforskydninger, dvs. Io. Det er den ingen-belastningskomponent af den primære strøm. Den anden anvendes til at kompensere for den sekundære mot-flux.
Den kendes som den belastningskomponent af den primære strøm. Derfor kan den samlede ingen-belastningsprimærstrøm I1 af en elektrisk effekttransformator uden vindingmodstand og udbjærgningsreaktance repræsenteres som følger:
Hvor θ2 er vinklen mellem sekundærespændingen og sekundærstrømmen i transformatoren. Nu vil vi gå et skridt videre mod en mere praktisk aspekt af en transformator.
Teori for Transformator Under Belastning, med Resistiv Vinding, men Ingen Udbjærgningsreaktance
Nu, overvej vindingmodstanden i transformatoren, men ingen udbjærgningsreaktance. Indtil nu har vi drøftet en transformator, der har ideale vindinger, dvs. vindinger uden modstand og udbjærgningsreaktance, men nu vil vi overveje en transformator, der har intern modstand i vindingerne, men ingen udbjærgningsreaktance. Da vindingerne er resistive, vil der være en spændingsnedgang i vindingerne.
Vi har tidligere bevist, at den samlede primærstrøm fra kilden under belastning er I1. Spændingsnedgangen i primærvindingen med modstand R1 er R1I1. Selvfølgelig er den indducerede emf tværs over primærvindingen E1, ikke nøjagtigt lig med kildespændingen V1. E1 er mindre end V1 med spændingsnedgangen I1R1.
Igen i tilfældet med sekundæren, den indducerede spænding tværs over sekundærvindingen, E2, forekommer ikke fuldt ud tværs over belastningen, da den også falder med en mængde I2R2, hvor R2 er sekundærvindingsmodstanden, og I2 er sekundærstrømmen eller belastningsstrømmen.
Lignende, spændingsligningen for sekundærsiden af transformatoren vil være:
Teori for Transformator Under Belastning, med Modstand samt Udbjærgningsreaktance
Nu vil vi overveje situationen, hvor der er udbjærgningsreaktance i transformatoren samt vindingmodstand i transformatoren.
Lad udbjærgningsreaktanterne for primær- og sekundærvindingerne i transformatoren være X1 og X2 henholdsvis. Derfor kan den samlede impedans for primær- og sekundærvindingerne i transformatoren med modstand R1 og R2 henholdsvis repræsenteres som,
Vi har allerede etableret spændingsligningen for en transformator under belastning, med kun modstande i vindingerne, hvor spændingsnedgangen i vindingerne forekommer kun på grund af resistiv spændingsnedgang.
Men når vi tager højde for udbjærgningsreaktance i transformatorvindinger, finder spændingsnedgangen i vindingerne sted ikke kun på grund af modstand, men også på grund af impedansen i transformatorvindinger. Derfor kan den faktiske spændingsligning for en transformator nemt fastsættes ved at erstatte modstande R1 & R2 i de tidligere etablerede spændingsligninger med Z1 og Z2.
Derfor er spændingsligningerne,
Modstands-nedgang er i retningen af strømvektoren. Men en reaktiv nedgang vil være vinkelret på strømvektoren, som vist i ovenstående vektor-diagram for transformator.
