Teoría do Transformador en Funcionamento con Carga e sen Carga

Definición do transformador

Un transformador defínese como un dispositivo eléctrico que transmite enerxía eléctrica entre dous ou máis circuitos mediante indución electromagnética.

Teoría do transformador sen carga

Sen resistencia de enrolo e sen reactancia de fuga

Consideremos un transformador con só perdas no núcleo, o que significa que non ten perdas de cobre nin reactancia de fuga. Cando se aplica unha corrente alternativa á primaria, fornece corrente para magnetizar o núcleo do transformador.

Pero esta corrente non é a corrente de magnetización real; é un pouco maior que a corrente de magnetización real. A corrente total fornecida polo fonte ten dous compoñentes, un é a corrente de magnetización que se utiliza só para magnetizar o núcleo, e outro compoñente da corrente do fonte consúmese para compensar as perdas no núcleo dos transformadores.

Debido ao compoñente de perda no núcleo, a corrente do fonte sen carga non se retarda exactamente 90° respecto ao voltaxe de alimentación, senón por un ángulo θ, que é menor que 90°. A corrente total Io ten un compoñente Iw en fase co voltaxe de alimentación V1, que representa o compoñente de perda no núcleo.

Este compoñente tómase en fase co voltaxe do fonte porque está asociado con perdas activas ou de funcionamento nos transformadores. Outro compoñente da corrente do fonte denótase como Iμ.

Este compoñente produce o fluxo magnético alternativo no núcleo, polo que é sinérgico; significa que é a parte reactiva da corrente do fonte do transformador. Polo tanto, Iμ estará en cuadratura con V1 e en fase co fluxo alternativo Φ. Polo tanto, a corrente primaria total nun transformador na condición sen carga pode representarse como:

Agora vostede viu como é simple explicar a teoría do transformador sen carga.

Teoría do transformador baixo carga

Sen resistencia de enrolo e reactancia de fuga

Agora examinaremos o comportamento do transformador mencionado anteriormente baixo carga, o que significa que a carga está conectada aos terminais secundarios. Consideremos un transformador con perdas no núcleo, pero sen perdas de cobre nin reactancia de fuga. Cando se conecta unha carga ao enrolo secundario, a corrente de carga comezará a fluir a través da carga así como do enrolo secundario.

Esta corrente de carga depende exclusivamente das características da carga e tamén do voltaxe secundario do transformador. Esta corrente denomínase corrente secundaria ou corrente de carga, aquí denotada como I2. Como I2 está fluindo a través do secundario, producirase un MMF autoinduzido no enrolo secundario. Aquí é N2I2, onde N2 é o número de espiras do enrolo secundario do transformador.

Este MMF ou forza magnetomotriz no enrolo secundario produce o fluxo φ2. Este φ2 opórase ao fluxo de magnetización principal e debilita momentaneamente o fluxo principal e intenta reducir o emf autoinduzido E1. Se E1 cae abaixo do voltaxe de alimentación primaria V1, fluirá unha corrente adicional desde o fonte ao enrolo primario.

Esta corrente primaria adicional I2′ produce un fluxo extra φ′ no núcleo que neutralizará o fluxo contrário secundario φ2. Polo tanto, o fluxo de magnetización principal do núcleo, Φ, permanece inalterado independientemente da carga. Así, a corrente total que este transformador extrae do fonte pode dividirse en dous compoñentes.

O primeiro utilízase para magnetizar o núcleo e compensar as perdas no núcleo, isto é, Io. É o compoñente sen carga da corrente primaria. O segundo utilízase para compensar o fluxo contrário do enrolo secundario. 

Conócense como o compoñente de carga da corrente primaria. Polo tanto, a corrente primaria total sen carga I1 dun transformador eléctrico de potencia sen resistencia de enrolo e reactancia de fuga pode representarse como segue

Onde θ2 é o ángulo entre o voltaxe secundario e a corrente secundaria do transformador.Agora procederemos un paso máis cara un aspecto máis práctico do transformador.

Teoría do Transformador Baixo Carga, con Enrolos Resistivos, pero Sen Reactancia de Fuga

Agora, consideremos a resistencia do enrolo do transformador, pero sen reactancia de fuga. Ata agora discutimos o transformador que ten enrolos ideais, o que significa enrolos sen resistencia e reactancia de fuga, pero agora consideraremos un transformador que ten resistencia interna no enrolo, pero sen reactancia de fuga. Como os enrolos son resistivos, havería unha caída de voltaxe nos enrolos.

Probativamos anteriormente que a corrente primaria total do fonte baixo carga é I1. A caída de voltaxe no enrolo primario con resistencia R1 é R1I1. Obviamente, o emf inducido no enrolo primario E1, non é exactamente igual ao voltaxe de alimentación V1. E1 é menor que V1 pola caída de voltaxe I1R1.

Novamente no caso do secundario, o voltaxe inducido no enrolo secundario, E2, non aparece totalmente a través da carga xa que tamén cae nunha cantidade I2R2, onde R2 é a resistencia do enrolo secundario e I2 é a corrente secundaria ou corrente de carga.

De forma semellante, a ecuación de voltaxe do lado secundario do transformador será:

Teoría do Transformador Baixo Carga, con Resistencia e Reactancia de Fuga

Agora consideraremos a condición cando hai reactancia de fuga do transformador así como resistencia do enrolo do transformador.

Sexan X1 e X2 as reactancias de fuga dos enrolos primario e secundario do transformador, respectivamente. Polo tanto, a impedancia total dos enrolos primario e secundario do transformador con resistencias R1 e R2, respectivamente, pode representarse como,

Xa establecemos a ecuación de voltaxe dun transformador baixo carga, con só resistencias nos enrolos, onde as caídas de voltaxe nos enrolos ocorren só debido á caída de voltaxe resistiva.

Pero cando consideramos a reactancia de fuga dos enrolos do transformador, a caída de voltaxe ocorre no enrolo non só debido á resistencia, senón tamén debido á impedancia dos enrolos do transformador. Polo tanto, a ecuación de voltaxe real dun transformador pódese determinar facilmente substituíndo as resistencias R1 & R2 nas ecuacións de voltaxe previamente establecidas por Z1 e Z2.

Polo tanto, as ecuacións de voltaxe son,

As caídas de resistencia están na dirección do vector de corrente. Pero unha caída reactiva será perpendicular ao vector de corrente, como se mostra no diagrama vectorial do transformador.