ทฤษฎีการทำงานของหม้อแปลงในภาวะโหลดและไม่มีโหลด

คำนิยามของทรานสฟอร์เมอร์

ทรานสฟอร์เมอร์ถูกกำหนดให้เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าระหว่างวงจรสองวงหรือมากกว่านั้นผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ทฤษฎีของทรานสฟอร์เมอร์ในสภาพไม่มีโหลด

โดยไม่มีความต้านทานของขดลวดและไม่มีความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว

พิจารณาทรานสฟอร์เมอร์ที่มีเพียงการสูญเสียแกน หมายความว่าไม่มีการสูญเสียจากทองแดงหรือความต้านทานเหนี่ยวนำรั่วของทรานสฟอร์เมอร์ เมื่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสลับถูกนำไปใช้กับขดลวดหลัก มันจะจ่ายกระแสไฟฟ้าเพื่อทำให้แกนของทรานสฟอร์เมอร์มีแม่เหล็ก

แต่กระแสไฟฟ้านี้ไม่ใช่กระแสแม่เหล็กที่แท้จริง มันมากกว่ากระแสแม่เหล็กที่แท้จริงเล็กน้อย กระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่จ่ายจากแหล่งกำเนิดมีสองส่วนหนึ่งคือกระแสแม่เหล็กซึ่งใช้เพื่อทำให้แกนมีแม่เหล็ก และส่วนอื่นของกระแสไฟฟ้าที่มาจากแหล่งกำเนิดถูกใช้เพื่อชดเชยการสูญเสียแกนในทรานสฟอร์เมอร์

เนื่องจากส่วนของการสูญเสียแกน กระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดในสภาพไม่มีโหลดไม่ได้ล้าหลังแรงดันไฟฟ้าจากการจ่ายไฟพอดี 90° แต่ล้าหลังด้วยมุม θ ซึ่งน้อยกว่า 90° กระแสไฟฟ้ารวม Io มีส่วน Iw ที่อยู่ในเฟสเดียวกับแรงดันไฟฟ้า V1 แสดงถึงส่วนของการสูญเสียแกน

ส่วนนี้ถูกนำมาอยู่ในเฟสเดียวกับแรงดันไฟฟ้าแหล่งกำเนิดเพราะมันเกี่ยวข้องกับการสูญเสียที่ทำงานหรือการสูญเสียที่ใช้งานในทรานสฟอร์เมอร์ ส่วนอื่นของกระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดถูกแทนที่ด้วย Iμ

ส่วนนี้สร้างฟลักซ์แม่เหล็กสลับในแกน ดังนั้นจึงไม่มีกำลัง หมายความว่าเป็นส่วนที่ไม่มีกำลังของกระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดของทรานสฟอร์เมอร์ ดังนั้น Iμ จะอยู่ในควอดราเจอร์กับ V1 และอยู่ในเฟสเดียวกับฟลักซ์สลับ Φ ดังนั้น กระแสไฟฟ้าหลักทั้งหมดในทรานสฟอร์เมอร์ในสภาพไม่มีโหลดสามารถแสดงได้ว่า:

ตอนนี้คุณได้เห็นแล้วว่ามันง่ายแค่ไหนในการอธิบายทฤษฎีของทรานสฟอร์เมอร์ในสภาพไม่มีโหลด

ทฤษฎีของทรานสฟอร์เมอร์ภายใต้โหลด

โดยไม่มีความต้านทานของขดลวดและความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว

ตอนนี้เราจะตรวจสอบพฤติกรรมของทรานสฟอร์เมอร์ที่กล่าวมาแล้วภายใต้โหลด หมายความว่าโหลดถูกเชื่อมต่อที่ขั้วต่อรอง พิจารณาทรานสฟอร์เมอร์ที่มีการสูญเสียแกนแต่ไม่มีการสูญเสียจากทองแดงและความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว เมื่อมีโหลดเชื่อมต่อที่ขดลวดรอง กระแสโหลดจะเริ่มไหลผ่านโหลดและขดลวดรอง

กระแสโหลดนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของโหลดและการแรงดันรองของทรานสฟอร์เมอร์ กระแสไฟฟ้านี้เรียกว่ากระแสรองหรือกระแสโหลด ในที่นี้ระบุด้วย I2 เนื่องจาก I2 ไหลผ่านขดลวดรอง แรงดันแม่เหล็กเองในขดลวดรองจะถูกสร้างขึ้น ที่นี่คือ N2I2 ที่ N2 คือจำนวนรอบของขดลวดรองของทรานสฟอร์เมอร์

แรงดันแม่เหล็กหรือแรงผลักดันแม่เหล็กในขดลวดรองสร้างฟลักซ์ φ2 ฟลักซ์นี้จะต้านฟลักซ์แม่เหล็กหลักและชั่วขณะลดฟลักซ์หลักและพยายามลดแรงดันอินดักท์ E1 ของขดลวดหลัก หาก E1 ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าแหล่งกำเนิด V1 จะมีกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมไหลจากแหล่งกำเนิดไปยังขดลวดหลัก

กระแสไฟฟ้าเพิ่มเติม I2′ สร้างฟลักซ์เพิ่มเติม φ′ ในแกนซึ่งจะกลางลายน้ำฟลักซ์ตรงข้าม φ2 ของขดลวดรอง ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กหลักของแกน Φ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยไม่คำนึงถึงโหลด ดังนั้นกระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่ทรานสฟอร์เมอร์ดึงจากแหล่งกำเนิดสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน

ส่วนแรกใช้สำหรับทำให้แกนมีแม่เหล็กและชดเชยการสูญเสียแกน คือ Io เป็นส่วนกระแสไฟฟ้าหลักในสภาพไม่มีโหลด ส่วนที่สองใช้สำหรับชดเชยฟลักซ์ตรงข้ามของขดลวดรอง

มันเรียกว่าส่วนกระแสไฟฟ้าหลักภายใต้โหลด ดังนั้นกระแสไฟฟ้าหลักทั้งหมด I1 ของทรานสฟอร์เมอร์ไฟฟ้าที่ไม่มีความต้านทานของขดลวดและความต้านทานเหนี่ยวนำรั่วสามารถแสดงได้ว่า

ที่ θ2 คือมุมระหว่างแรงดันไฟฟ้ารองและกระแสไฟฟ้ารองของทรานสฟอร์เมอร์ตอนนี้เราจะดำเนินการต่อไปอีกขั้นหนึ่งสู่แง่มุมที่ปฏิบัติได้มากขึ้นของทรานสฟอร์เมอร์

ทฤษฎีของทรานสฟอร์เมอร์ภายใต้โหลด ด้วยขดลวดที่มีความต้านทาน แต่ไม่มีความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว

ตอนนี้ ให้พิจารณาความต้านทานของขดลวดของทรานสฟอร์เมอร์ แต่ไม่มีความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว จนถึงตอนนี้เราได้พูดถึงทรานสฟอร์เมอร์ที่มีขดลวดที่เหมาะเจาะ หมายความว่าขดลวดที่ไม่มีความต้านทานและความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว แต่ตอนนี้เราจะพิจารณาทรานสฟอร์เมอร์ที่มีความต้านทานภายในขดลวด แต่ไม่มีความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว เนื่องจากขดลวดมีความต้านทาน จะมีแรงดันตกในขดลวด

เราได้พิสูจน์ไว้แล้วว่า กระแสไฟฟ้าหลักทั้งหมดจากแหล่งกำเนิดภายใต้โหลดคือ I1 แรงดันตกในขดลวดหลักที่มีความต้านทาน R1 คือ R1I1 แน่นอนว่าแรงดันอินดักท์ข้ามขดลวดหลัก E1 ไม่เท่ากับแรงดันไฟฟ้าแหล่งกำเนิด V1 E1 น้อยกว่า V1 โดยแรงดันตก I1R1

อีกครั้งในกรณีของขดลวดรอง แรงดันอินดักท์ข้ามขดลวดรอง E2 ไม่ปรากฏทั้งหมดที่โหลดเนื่องจากมันลดลงด้วยปริมาณ I2R2 ที่ R2 คือความต้านทานของขดลวดรองและ I2 คือกระแสไฟฟ้ารองหรือกระแสโหลด

เช่นเดียวกัน สมการแรงดันของด้านรองของทรานสฟอร์เมอร์จะเป็น:

ทฤษฎีของทรานสฟอร์เมอร์ภายใต้โหลด ด้วยความต้านทานและความต้านทานเหนี่ยวนำรั่ว

ตอนนี้เราจะพิจารณาสถานะเมื่อมีความต้านทานเหนี่ยวนำรั่วของทรานสฟอร์เมอร์และมีความต้านทานของขดลวดของทรานสฟอร์เมอร์

ให้ความต้านทานเหนี่ยวนำรั่วของขดลวดหลักและรองของทรานสฟอร์เมอร์เป็น X1 และ X2 ตามลำดับ ดังนั้นความต้านทานรวมของขดลวดหลักและรองของทรานสฟอร์เมอร์ที่มีความต้านทาน R1 และ R2 ตามลำดับ สามารถแสดงได้ว่า

เราได้สร้างสมการแรงดันของทรานสฟอร์เมอร์ภายใต้โหลด ด้วยเฉพาะความต้านทานในขดลวด ที่แรงดันตกในขดลวดเกิดขึ้นเฉพาะจากการตกของแรงดันจากการต้านทาน

แต่เมื่อเราพิจารณาความต้านทานเหนี่ยวนำรั่วของขดลวดทรานสฟอร์เมอร์ แรงดันตกในขดลวดเกิดขึ้นไม่เพียงแต่จากการต้านทาน แต่ยังเกิดจากความต้านทานรวมของขดลวดทรานสฟอร์เมอร์ ดังนั้น สมการแรงดันที่แท้จริงของทรานสฟอร์เมอร์สามารถกำหนดได้ง่ายๆ โดยแทนที่ความต้านทาน R1 & R2 ในสมการแรงดันที่เคยสร้างไว้ด้วย Z1 และ Z2

ดังนั้น สมการแรงดันคือ

แรงดันตกจากการต้านทานอยู่ในทิศทางของเวกเตอร์กระแส แต่แรงดันตกจากการต้านทานเหนี่ยวนำจะตั้งฉากกับเวกเตอร์กระแสตามที่แสดงในแผนภาพเวกเตอร์ของทรานสฟอร์เมอร์ข้างต้น