Teorija delovanja transformatorja pri optiranju in brez optiranja

Definicija preoblikovalnika

Preoblikovalnik je definiran kot električno napravo, ki prenaša električno energijo med dvema ali več krmi preko elektromagnetne indukcije.

Teorija preoblikovalnika brez obremenitve

Brez upora viti in brez izteka reaktance

Razmislimo o preoblikovalniku z le jedrskimi izgubami, kar pomeni, da nima bakrene izgube ali izteka reaktance preoblikovalnika. Ko se na primarno stranjo priključi izmenični vir, ta podaja tok za magnetizacijo jdra preoblikovalnika.

Toda ta tok ni dejanski magnetizacijski tok; je malenkost večji od dejanskega magnetizacijskega toka. Skupni tok, ki ga vir podaja, ima dva komponenta, ena je magnetizacijski tok, ki se uporablja samo za magnetizacijo jdra, druga komponenta izvornega toka pa se porabi za kompenzacijo jedrskih izgub v preoblikovalniku.

Zaradi komponente jedrske izgube torek brez obremenitve ne zapostane oskrbnega napetosti natanko za 90°, ampak za kot θ, ki je manjši od 90°. Skupni tok Io ima komponento Iw v fazi s prvim oskrbnim napetostom V1, ki predstavlja komponento jedrske izgube.

Ta komponenta se vzame v fazi z izvornim napetostom, ker je povezana z aktivnimi ali delovnimi izgubami v preoblikovalnikih. Druga komponenta izvornega toka je označena z Iμ.

Ta komponenta ustvarja izmeničen magnetni tok v jedru, zato je brez moči; to pomeni, da je reaktivni del izvornega toka preoblikovalnika. Zato bo Iμ v kvadratu z V1 in v fazi s periodičnim tokom Φ. Torej, skupni primarni tok v preoblikovalniku v stanju brez obremenitve lahko predstavimo kot:

Sedaj ste videli, kako je preprosto razložiti teorijo preoblikovalnika brez obremenitve.

Teorija preoblikovalnika pod obremenitvijo

Brez upora viti in izteka reaktance

Sedaj bomo preučili obnašanje zgornje omenjenega preoblikovalnika pod obremenitvijo, kar pomeni, da je obremenitev priključena na sekundarni terminal. Razmislimo o preoblikovalniku z jedrskimi izgubami, toda brez bakrenih izgub in izteka reaktance. Ko se obremenitev priključi na sekundarno vitico, bo obremenitveni tok začel pretokati skozi obremenitev in sekundarno vitico.

Ta obremenitveni tok je odvisen samo od lastnosti obremenitve in tudi od sekundarnega napetosti preoblikovalnika. Ta tok se imenuje sekundarni tok ali obremenitveni tok, tu je označen z I2. Ker I2 pretoka skozi sekundarno, bo v sekundarni vitici ustvarjen sam MMF. Tu je N2I2, kjer je N2 število zvitkov sekundarne vitice preoblikovalnika.

Ta MMF ali magnetomotivna sila v sekundarni vitici ustvari tok φ2. Ta φ2 bo nasprotoval glavnemu magnetizacijskemu toku in trenutno oslabil glavni tok in poskušal zmanjšati primarni samonavodni EMF E1. Če E1 pada pod primarni izvorni napetost V1, bo pretokal dodatni tok iz vira v primarno vitico.

Ta dodatni primarni tok I2′ ustvari dodatni tok φ′ v jedru, ki bo neutraliziral sekundarni nasprotni tok φ2. Torej glavni magnetizacijski tok jedra, Φ, ostane nespremenjen, ne glede na obremenitev. Torej celotni tok, ki ga ta preoblikovalnik potrebuje iz vira, lahko razdelimo na dva komponenta.

Prvi se uporablja za magnetizacijo jedra in kompenzacijo jedrske izgube, to je Io. To je komponenta toka brez obremenitve primarnega toka. Drugi se uporablja za kompenzacijo nasprotnega toka sekundarne vitice. 

To se imenuje obremenitveni komponenta primarnega toka. Torej celotni primarni tok I1 električnega preoblikovalnika brez upora viti in izteka reaktance lahko predstavimo naslednje

Kjer je θ2 kot med sekundarnim napetostom in sekundarnim tokom preoblikovalnika.Sedaj bomo nadaljevali korak naprej proti bolj praktičnemu aspektu preoblikovalnika.

Teorija preoblikovalnika pod obremenitvijo, z upornim viticama, toda brez izteka reaktance

Sedaj upoštevajmo upor viti preoblikovalnika, toda brez izteka reaktance. Do zdaj smo obravnavali preoblikovalnik, ki ima idealne viti, to pomeni viti brez upora in izteka reaktance, toda zdaj bomo upoštevali preoblikovalnik, ki ima notranji upor v viticah, toda brez izteka reaktance. Ker so viti uporne, bi bil padec napetosti v viticah.

Ranee smo dokazali, da je celotni primarni tok iz vira pod obremenitvijo I1. Padec napetosti v primarni vitici z uporom R1 je R1I1. Očitno, inducirani EMF preko primarne vitice E1, ni točno enak izvornemu napetosti V1. E1 je manjši od V1 zaradi padeca napetosti I1R1.

Še enkrat v primeru sekundarne, napetost, ki se inducira preko sekundarne vitice, E2, se ne pojavi popolnoma preko obremenitve, saj tudi pada za količino I2R2, kjer je R2 upor sekundarne vitice in I2 sekundarni tok ali obremenitveni tok.

Podobno, napetostna enačba sekundarne strani preoblikovalnika bo:

Teorija preoblikovalnika pod obremenitvijo, z upornostjo in iztekom reaktance

Sedaj bomo upoštevali stanje, ko je iztečna reaktanca preoblikovalnika in upor viti preoblikovalnika.

Naj bodo iztečne reaktance primarne in sekundarne vitice preoblikovalnika X1 in X2. Torej celotna impedanca primarne in sekundarne vitice preoblikovalnika z uporom R1 in R2 lahko predstavljamo kot,

Ustanovili smo napetostno enačbo preoblikovalnika pod obremenitvijo, z le upori v viticah, kjer se padec napetosti v viticah zgodi samo zaradi upornega padeca napetosti.

Toda, ko upoštevamo iztečno reaktanco vitic preoblikovalnika, se padec napetosti v viticah zgodi ne le zaradi upora, ampak tudi zaradi impedanc viti preoblikovalnika. Torej, dejanska napetostna enačba preoblikovalnika se lahko enostavno določi z zamenjavo uporov R1 & R2 v prej ustanovljenih napetostnih enačbah z Z1 in Z2.

Torej, napetostne enačbe so,

Padeci upora so v smeri vektorskega toka. Toda reaktivni padec bo pravokoten na vektorski tok, kot je prikazano v zgornjem vektorskem diagramu preoblikovalnika.