Transformatora darbības teorija slodzes un bezslodzes režīmā

Transformatora definīcija

Transformators tiek definēts kā elektroierīce, kas pārnes elektrisko enerģiju starp diviem vai vairākiem šķēršļa ceļiem caur elektromagnētisku indukciju.

Transformatora teorija bez ielādes

Bez virviņu pretestības un bez izplešanās reaktancēm

Apcerēsim transformatoru, kuram ir tikai cietdala zaudējumi, t.i., tam nav varšu zaudējumu vai transformatora izplešanās reaktancēm. Kad primārajā pusē tiek piemērots maiņstrāvas avots, tas nodrošina strāvu, lai magnētotu transformatora cietdalu.

Tomēr šī strāva nav patiesais magnētošanas strāvas komponents; tā ir nedaudz lielāka par patieso magnētošanas strāvu. Kopējā strāva, ko nodrošina avots, sastāv no diviem komponentiem, viens ir magnētošanas strāva, kas tiek izmantota tikai cietdala magnētošanai, un otrais komponents ir izmantots, lai kompensētu cietdala zaudējumus transformatorā.

Tā kā ir cietdala zaudējumu komponents, bez ielādes avota strāva neiegūst precīzi 90° aizmugure to piegādes sprieguma, bet gan ar leņķi θ, kas ir mazāks par 90°. Kopējā strāva Io sastāv no komponenta Iw, kas ir fāzē ar piegādes spriegumu V1, kas attēlo cietdala zaudējumu komponentu.

Šis komponents tiek ņemts fāzē ar avota spriegumu, jo tas saistīts ar aktīvajiem vai darbības zaudējumiem transformatoros. Cita avota strāvas komponenta apzīmējums ir Iμ.

Šis komponents veido maiņsprieguma magnetfluktusu cietdalā, tāpēc tas ir beznospieduma; tas nozīmē, ka tas ir reaktivais daļa no transformatora avota strāvas. Tātad Iμ būs kvadrantā ar V1 un fāzē ar maiņsprieguma fluxu Φ. Tātad, kopējā primārā strāva transformatorā bez ielādes var tikt attēlota kā:

Tagad jūs esat redzējuši, cik vienkārši ir izskaidrot transformatora teoriju bez ielādes.

Transformatora teorija ar ielādi

Bez virviņu pretestības un izplešanās reaktancēm

Tagad apcerēsim minēto transformatora uzvedību ar ielādi, kas nozīmē, ka ielāde ir savienota ar sekundārajām kontaktiem. Apcerēsim transformatoru, kuram ir cietdala zaudējumi, bet nav varšu zaudējumu un izplešanās reaktancēm. Kad ielāde tiek savienota ar sekundāro virviņu, ielādes strāva sāk plūstēt caur ielādi un sekundāro virviņu.

Šī ielādes strāva atkarīga no ielādes raksturlielumiem un arī no transformatora sekundārā sprieguma. Šo strāvu sauc par sekundāro strāvu vai ielādes strāvu, šeit to apzīmē ar I2. Kad I2 plūst caur sekundāro virviņu, sekundārā virviņā tiek veidots savas MMF (magnetomotīvā jauda). Šeit tas ir N2I2, kur N2 ir sekundārās virviņas spirāļu skaits transformatorā.

Šis MMF sekundārajā virviņā veido fluxu φ2. Šis φ2 pretinās galvenajam magnētošanas fluxam un momentāni samazina galveno fluxu, cenšoties samazināt primārās virviņas pašinduco E1. Ja E1 samazinās zemāk par primārā avota spriegumu V1, no avota uz primāro virviņu sāk plūst papildu strāva.

Šī papildu primārā strāva I2′ veido papildu fluxu φ′ cietdalā, kas neutralizē sekundāro pretfluxu φ2. Tātad, galvenais cietdala magnētošanas fluxs, Φ, paliek nemainīgs, neatkarīgi no ielādes. Tātad, kopējā strāva, ko šis transformators pieprasa no avota, var tikt sadalīta divos komponentos.

Pirmie tiek izmantoti cietdala magnētošanai un cietdala zaudējumu kompensēšanai, t.i., Io. Tas ir bez ielādes komonents primārā strāvā. Otrais tiek izmantots, lai kompensētu sekundāro virviņas pretfluxu. 

To sauc par ielādes komponentu primārā strāvā. Tātad, kopējā bez ielādes primārā strāva I1 elektriskā transformatorā, kuram nav virviņu pretestības un izplešanās reaktancēm, var tikt attēlota šādi

Kur θ2 ir leņķis starp sekundāro spriegumu un sekundāro strāvu transformatorā. Tagad mēs nonāksim soli tālāk uz praktiskāko aspektu transformatora ziņā.Transformatora teorija ar ielādi, ar rezistīvo virviņu, bet bez izplešanās reaktancēm

Tagad apcerēsim transformatoru, kuram ir virviņu pretestība, bet nav izplešanās reaktancēm. Līdz šim mēs esam apsprieduši transformatoru, kuram ir ideālas virviņas, t.i., virviņas bez pretestības un izplešanās reaktancēm, bet tagad mēs apcerēsim transformatoru, kuram ir iekšēja pretestība virviņā, bet nav izplešanās reaktancēm. Tā kā virviņas ir rezistīvas, notikusi būs sprieguma pazemināšanās virviņās.

Mēs iepriekš esam pierādījuši, ka kopējā primārā strāva no avota ar ielādi ir I1. Sprieguma pazemināšanās primārajā virviņā ar pretestību R1 ir R1I1. Protams, pašinduco E1, kas rodas primārajā virviņā, nav tieši vienāds ar avota spriegumu V1. E1 ir mazāks par V1 ar sprieguma pazemināšanos I1R1.

Vēlreiz sekundārajā gadījumā, spriegums, kas rodas sekundārajā virviņā, E2, pilnībā neparādās uz ielādes, jo tā arī pazeminās par I2R2, kur R2 ir sekundārā virviņas pretestība un I2 ir sekundārā strāva vai ielādes strāva.

Līdzīgi, transformatora sekundārās puses sprieguma vienādojums būs:

Transformatora teorija ar ielādi, ar pretestību kā arī izplešanās reaktancēm

Tagad mēs apcerēsim situāciju, kad ir transformatora izplešanās reaktancēs kā arī virviņu pretestības.

Noliekam, ka transformatora primārās un sekundārās virviņas izplešanās reaktancēs ir X1 un X2 attiecīgi. Tātad, transformatora primārās un sekundārās virviņas kopējā impedancē ar pretestībām R1 un R2 attiecīgi var tikt attēlota kā,

Mēs jau esam izveidojuši transformatora sprieguma vienādojumu ar ielādi, tikai ar pretestībām virviņās, kur sprieguma pazemināšanās virviņās notiek tikai dēļ pretestības.

Bet, kad mēs apcerējam transformatora virviņu izplešanās reaktancēs, sprieguma pazemināšanās virviņās notiek ne tikai dēļ pretestības, bet arī dēļ transformatora virviņu impedances. Tātad, transformatora faktiskais sprieguma vienādojums viegli var tikt noteikts, aizstājot pretestības R1 & R2 iepriekš izveidotajos sprieguma vienādojumos ar Z1 un Z2.

Tātad, sprieguma vienādojumi ir,

Pretestības pazeminājumi ir strāvas vektora virzienā. Bet reaktivais pazeminājums būs perpendikulārs strāvas vektora virzienam, kā attēlots augstākminētajā transformatora vektoru diagrammā.