Теорија на трансформаторот при работна и безработна операција

Дефиниција на трансформатор

Трансформатор е дефиниран како електричко уред кој пренесува електрична енергија помеѓу две или повеќе кола преку електромагнетна индукција.

Теорија на трансформаторот без оптеретување

Без оптички отпор и без јазливо реактанс

Размислете за трансформатор со само јадерни загуби, што значи дека нема медна загуба или јазливо реактанс на трансформаторот. Кога се приложи извор на алтернативна струја на первичната страна, тој доставува струја за магнетизирање на јадрото на трансформаторот.

Но оваа струја не е вистинската магнетизациска струја; таа е малку поголема од вистинската магнетизациска струја. Секуларната струја доставена од изворот има две компоненти, едната е магнетизациската струја која само се користи за магнетизирање на јадрото, а другата компонента на изворната струја се потрошува за компенсирање на јадерните загуби во трансформаторот.

Збогувајќи на компонентата на јадерните загуби, изворната струја без оптеретување не запостапува напонот на изворот точно за 90°, туку за агол θ, кој е помал од 90°. Секуларната струја Io има компонента Iw во фаза со изворниот напон V1, што го претставува делот на јадерните загуби.

Оваа компонента се зема во фаза со изворниот напон бидејќи е поврзана со активни или работни загуби во трансформаторот. Друга компонента на изворната струја е обележана како Iμ.

Оваа компонента произведува алтернативен магнетен поток во јадрото, така што е без ватови; значи, тоа е реактивен дел од изворната струја на трансформаторот. Значи, Iμ ќе биде во квадратура со V1 и во фаза со алтернативен поток Φ. Следствено, целосната первична струја во трансформаторот во услови без оптеретување може да се претстави како:

Сега видевте колку е просто да се објасни теоријата на трансформаторот без оптеретување.

Теорија на трансформаторот под оптеретување

Без оптички отпор и јазливо реактанс

Сега ќе разгледаме понашањето на горенаведениот трансформатор под оптеретување, што значи дека оптеретувањето е поврзано со вторичните терминали. Размислете за трансформатор со јадерни загуби, но без медни загуби и јазливо реактанс. Кога се поврзе оптеретување со вторичната намотка, оптеретувачката струја ќе почне да текуе низ оптеретувањето како и низ вторичната намотка.

Оптеретувачката струја единствено зависи од карактеристиките на оптеретувањето и исто така од вторичниот напон на трансформаторот. Оваа струја се нарекува вторична струја или оптеретувачка струја, тука е обележана како I2. Бидејќи I2 текува низ вторичната страна, ќе се произведе сам MMF (магнетомотивна сила) во вторичната намотка. Тука тоа е N2I2, каде што N2 е бројот на витоци на вторичната намотка на трансформаторот.

Оваа MMF или магнетомотивна сила во вторичната намотка произведува поток φ2. Овој φ2 ќе противостои главниот магнетизациски поток и моментално ќе го ослаби главниот поток и ќе се обиди да го намали первичниот само-индуциран EMF E1. Ако E1 паѓа под первичниот изворен напон V1, ќе текува дополнителна струја од изворот кон первичната намотка.

Оваа дополнителна первична струја I2′ произведува дополнителен поток φ′ во јадрото, кој ќе го нейтрализира вторичниот контрапоток φ2. Значи, главниот магнетизациски поток на јадрото, Φ останува непроменет независно од оптеретувањето. Така, целосната струја, која трансформаторот ја црта од изворот, може да се подели на две компоненти.

Првата се користи за магнетизирање на јадрото и компенсирање на јадерните загуби, т.е. Io. Тоа е компонентата без оптеретување на первичната струја. Втората се користи за компенсирање на контрапотокот на вторичната намотка. 

Таа се нарекува компонента на оптеретување на первичната струја. Значи, целосната первична струја без оптеретување I1 на електричниот моќен трансформатор без оптички отпор и јазливо реактанс може да се претстави како следи:

Каде што θ2 е аголот помеѓу вторичниот напон и вторичната струја на трансформаторот. Сега ќе продолжиме еден чекор напред кон погоден аспект на трансформаторот.

Теорија на трансформаторот под оптеретување, со резистивна намотка, но без јазливо реактанс

Сега, размислете за отпорот на намотката на трансформаторот, но без јазливо реактанс. До сега разговаравме за трансформатор со идеални намотки, што значи намотки без отпор и јазливо реактанс, но сега ќе разгледаме еден трансформатор кој има интерниот отпор во намотката, но без јазливо реактанс. Бидејќи намотките се резистивни, би имало пад на напон во намотките.

Рано докажавме дека, целосната первична струја од изворот под оптеретување е I1. Падот на напон во первичната намотка со отпор R1 е R1I1. Очигледно, индуцираниот EMF надвор од первичната намотка E1, не е точно еднаков на изворниот напон V1. E1 е помал од V1 за падот на напон I1R1.

Пак во случај на вторичната страна, индуцираниот напон надвор од вторичната намотка, E2 не се појавува целосно над оптеретувањето, бидејќи истиот паднува за количина I2R2, каде што R2 е отпорот на вторичната намотка, а I2 е вторичната струја или оптеретувачката струја.

Слично, равенката за напонот на вторичната страна на трансформаторот ќе биде:

Теорија на трансформаторот под оптеретување, со отпор како и јазливо реактанс

Сега ќе разгледаме условот кога има јазливо реактанс на трансформаторот како и отпор на намотката на трансформаторот.

Нека јазлините реактанси на первичната и вторичната намотка на трансформаторот се X1 и X2 соодветно. Значи, целосната импеданса на первичната и вторичната намотка на трансформаторот со отпор R1 и R2 соодветно може да се претстави како,

Веќе го установивме равенката за напонот на трансформаторот под оптеретување, со само отпори во намотките, каде што падовите на напон во намотките се случуваат само поради резистивен пад на напон.

Но кога го разгледаме јазлината реактанса на намотките на трансформаторот, падот на напон во намотките се случува не само поради отпор, туку и поради импедансата на намотките на трансформаторот. Значи, вистинската равенка за напонот на трансформаторот лесно може да се определи заменувајќи ги отпорите R1 & R2 во претходно установените равенки за напон со Z1 и Z2.

Значи, равенките за напон се,

Падовите на отпор се во правецот на векторот на струјата. Но реактивниот пад ќе биде перпендикулярен на векторот на струјата како што е прикажано на горенаведениот векторски дијаграм на трансформаторот.