Трансформатор при натоварено състояние

Edwiin

Поле: Бутон за включване/изключване на напрежението

China

Работа на трансформатор при натовареност

Когато трансформаторът е под натовареност, вторичната му обмотка се свързва с натоварване, което може да бъде резистивно, индуктивно или капацитивно. Ток $I 2$ протича през вторичната обмотка, като неговата големина е определена от крайното напрежение $V 2$ и импеданса на натоварването. Фазовият ъгъл между вторичния ток и напрежението зависи от характеристиките на натоварването.

Обяснение на работата на трансформатор при натовареност

Операционното поведение на трансформатора при натовареност е подробно описано по-долу:

Когато вторичната обмотка на трансформатора е отворена, тя извлича безнатоварен ток от основната захранваща система. Този безнатоварен ток индуцира магнитомоторна сила $N 0 I 0$ , която устанавява флукс Φ в ядрото на трансформатора. Схемата на трансформатора при безнатоварни условия е показана на диаграмата по-долу:

Взаимодействие на тока на натовареността в трансформатора

Когато натоварване се свърже с вторичната обмотка на трансформатора, ток $I 2$ протича през вторичната обмотка, индуциращ магнитомоторна сила (MMF) $N 2 I 2$ . Тази MMF генерира флукс ϕ2 в ядрото, който противодейства на оригиналения флукс ϕ според закона на Ленц.

Фазова разлика и фактор на мощност в трансформатора

Фазовата разлика между $V1$ и $I1$ дефинира ъгъла на фактора на мощност ϕ1 на страната на първичната обмотка. Факторът на мощност на вторичната страна зависи от типа на натоварването, свързано с трансформатора:

За индуктивно натоварване (както е показано в фазовата диаграма по-горе), факторът на мощност е забавящ.
За капацитивно натоварване, факторът на мощност е ускоряващ.

Общият първичен ток $I1$ е векторна сума от безнатоварния ток $I0$ и компенсиращия ток $I'1$ , т.е.,

Фазова диаграма на трансформатор с индуктивно натоварване

Фазовата диаграма на реален трансформатор при индуктивно натоварване е илюстрирана по-долу:

Стъпки за изграждане на фазовата диаграма

Вземете флукс Φ като референция.
Индуктираните ЕДС $E 1$ и $E 2$ се забавят спрямо флукса с 90°.
Компонентът на приложено първично напрежение, балансиращ $E 1$ , е обозначен като $V' 1$ (т.е., $V'1 = -E1)$ .
Безнатоварният ток $I0$ се забавя спрямо $V' 1$ с 90°.
За натоварване с забавящ фактор на мощност, ток $I 2$ се забавя спрямо $E 2$ с ъгъл ϕ₂.
Съпротивлението на обмотката и реактивното съпротивление причиняват падения на напрежението, което прави вторичното крайно напрежение: $V 2 = E 2 − (падения на напрежението)$

$I 2 R$ ₂ е в фаза с $I 2$ .
$I 2 X 2$ е ортогонален спрямо $I 2$ .

Първичният ток $I 1$ е фазовата сума от $I' 1$ и $I0$ , където $I' 1 = -I 2$ .
Приложено първично напрежение: $V1 = V'1 + (падения на първичното напрежение)$

$I 1 R 1$ е в фаза с $I 1$ .
$I 1 X 1$ е ортогонален спрямо $I 1$ .

Фазовата разлика между $V 1$ и $I 1$ дефинира ъгъла на фактора на мощност на първичната страна ϕ1.
Факторът на мощност на вторичната страна:

Забавящ за индуктивни натоварвания (както в фазовата диаграма).
Ускоряващ за капацитивни натоварвания.

Стъпки за изчертаване на фазова диаграма за капацитивно натоварване

Вземете флукс Φ като референция.
Индуктираните ЕДС $E 1$ и $E 2$ се забавят спрямо флукса с 90°.
Компонентът на приложено първично напрежение, балансиращ $E 1$ , е обозначен като $V' 1$ (т.е., $V' 1 = -E 1$ ).
Безнатоварният ток $I 0$ се забавя спрямо $V' 1$ с 90°.
За ускоряващ фактор на мощност, ток $I 2$ ускорява $E 2$ с ъгъл ϕ_$2$.
Съпротивлението на обмотката и реактивното съпротивление причиняват падения на напрежението, което прави вторичното крайно напрежение: $V 2 = E 2 − (падения на напрежението)$

$I 2 R 2$ е в фаза с $I 2$ .
$I 2 X 2$ е ортогонален спрямо $I 2$ .

Компенсиращ ток $I' 1 = -I 2$ (равен по големина, обратен по фаза на $I 2$ ).
Първичният ток $I 1$ е фазовата сума от $I' 1$ и $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Приложено първично напрежение $V 1$ е фазовата сума от $V' 1$ и паденията на първичното напрежение: $V 1 = V' 1 +(падения на първичното напрежение)$

$I 1 R 1$ е в фаза с $I 1$ .
$I 1 X 1$ е ортогонален спрямо $I 1$ .

Ъгли на фактора на мощност:

Фазовата разлика между $V 1$ и $I 1$ дефинира ъгъла на фактора на мощност ϕ_$1$.
Факторът на мощност на вторичната страна (ускоряващ за капацитивни натоварвания) зависи напълно от типа на свързаното натоварване.