Condició de càrrega del transformador

Camp: Interrupçor d'energia

China

Funcionament del transformador en condicions de càrrega

Quan un transformador està sota càrrega, la seva bobina secundària es connecta a una càrrega, que pot ser resistiva, inductiva o capacitiva. Un corrent $I 2$ flueix a través de la bobina secundària, amb la seva magnitud determinada pel voltatge terminal $V 2$ i la impedància de la càrrega. L'angle de fase entre el corrent secundari i el voltatge depèn de les característiques de la càrrega.

Explicació del funcionament del transformador sota càrrega

El comportament operatiu d'un transformador sota càrrega es detalla a continuació:

Quan la bobina secundària del transformador està oberta, aquest arrossega un corrent sense càrrega de l'aprovit principal. Aquest corrent sense càrrega induix una força magnetomotriu $N 0 I 0$ , que estableix un flux Φ al nucli del transformador. La configuració del circuit del transformador en condicions sense càrrega es mostra en el diagrama següent:

Interacció del corrent de càrrega del transformador

Quan una càrrega es connecta a la bobina secundària del transformador, el corrent $I 2$ flueix a través de la bobina secundària, induint una força magnetomotriu (MMF) $N 2 I 2$ . Aquest MMF genera un flux ϕ2 al nucli, que s'oposa al flux original ϕ segons la llei de Lenz.

Diferència de fase i factor de potència en el transformador

La diferència de fase entre $V1$ i $I1$ defineix l'angle del factor de potència ϕ1 al costat primari del transformador. El factor de potència secundari depèn del tipus de càrrega connectada al transformador:

Per a una càrrega inductiva (com es mostra en el diagrama de fasors superior), el factor de potència és retardat.
Per a una càrrega capacitiva, el factor de potència és avançat.

El corrent total primari $I1$ és la suma vectorial del corrent sense càrrega $I0$ i el corrent compensatori $I'1$ , és a dir,

Diagrama de fasors del transformador amb càrrega inductiva

El diagrama de fasors d'un transformador real sota càrrega inductiva es mostra a continuació:

Passos per construir el diagrama de fasors

Preneu el flux Φ com a referència.
Els fes induïts $E 1$ i $E 2$ retrarden el flux en 90°.
El component de voltatge aplicat primari que equilibra $E 1$ es denota com $V' 1$ (és a dir, $V'1 = -E1)$ .
El corrent sense càrrega $I0$ retrarda $V' 1$ en 90°.
Per a una càrrega amb factor de potència retardat, el corrent $I 2$ retrarda $E 2$ en un angle ϕ_2.
La resistència de la bobina i la reactància de fuga causen caigudes de tensió, fent que el voltatge terminal secundari sigui: $V 2 = E 2 − (caigudes de tensió)$

$I 2 R$ ₂ està en fase amb $I 2$ .
$I 2 X 2$ és ortogonal a $I 2$ .

El corrent primari $I 1$ és la suma vectorial de $I' 1$ i $I0$ , on $I' 1 = -I 2$ .
Voltatge aplicat primari: $V1 = V'1 + (caigudes de tensió primàries)$

$I 1 R 1$ està en fase amb $I 1$ .
$I 1 X 1$ és ortogonal a $I 1$ .

La diferència de fase entre $V 1$ i $I 1$ defineix l'angle del factor de potència primari ϕ1.
Factor de potència secundari:

Retardat per càrregues inductives (com en el diagrama de fasors).
Avançat per càrregues capacitives.

Passos per dibuixar el diagrama de fasors per a càrrega capacitiva

Preneu el flux Φ com a referència.
Els fes induïts $E 1$ i $E 2$ retrarden el flux en 90°.
El component de voltatge aplicat primari que equilibra $E 1$ es denota com $V' 1$ (és a dir, $V' 1 = -E 1$ ).
El corrent sense càrrega $I 0$ retrarda $V' 1$ en 90°.
Per a una càrrega amb factor de potència avançat, el corrent $I 2$ avança $E 2$ en un angle ϕ_$2$.
La resistència de la bobina i la reactància de fuga causen caigudes de tensió, fent que el voltatge terminal secundari sigui: $V 2 = E 2 − (caigudes de tensió)$

$I 2 R 2$ està en fase amb $I 2$ .
$I 2 X 2$ és ortogonal a $I 2$ .

Corrent compensatori $I' 1 = -I 2$ (igual en magnitud, oposat en fase a $I 2$ ).
El corrent primari $I 1$ és la suma vectorial de $I' 1$ i $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Voltatge aplicat primari $V 1$ és la suma vectorial de $V' 1$ i les caigudes de tensió primàries: $V 1 = V' 1 +(caigudes de tensió primàries)$

$I 1 R 1$ està en fase amb $I 1$ .
$I 1 X 1$ és ortogonal a $I 1$ .

Angles del factor de potència:

La diferència de fase entre $V 1$ i $I 1$ defineix l'angle del factor de potència primari ϕ_$1$.
El factor de potència secundari (avançat per càrregues capacitives) depèn completament del tipus de càrrega connectada.