Transformer unter Lastbedingungen

Feld: Stromschalter

China

Transformerbetrieb unter Lastbedingungen

Wenn ein Transformer unter Last steht, ist seine Sekundärwicklung an eine Last angeschlossen, die wiederspenstig, induktiv oder kapazitiv sein kann. Ein Strom $I 2$ fließt durch die Sekundärwicklung, dessen Stärke durch die Spannung $V 2$ und den Lastimpedanz bestimmt wird. Der Phasenwinkel zwischen dem Sekundärstrom und der Spannung hängt von den Lastcharakteristiken ab.

Erläuterung des Transformerlastbetriebs

Das Betriebsverhalten eines Transformers unter Last wird wie folgt detailliert:

Wenn die Sekundärwicklung des Transformers offen liegt, zieht er einen Leerlaufstrom aus der Hauptversorgung. Dieser Leerlaufstrom induziert eine magnetische Kraft $N 0 I 0$ , die einen Fluss Φ im Transformerkern erzeugt. Die Schaltungsanordnung des Transformers unter Leerlaufbedingungen wird in der unten stehenden Abbildung veranschaulicht:

Wechselwirkung des Transformerlaststroms

Wenn eine Last an die Sekundärwicklung des Transformers angeschlossen wird, fließt ein Strom $I 2$ durch die Sekundärwicklung, der eine magnetische Kraft (MMF) $N 2 I 2$ induziert. Diese MMF erzeugt einen Fluss ϕ2 im Kern, der dem ursprünglichen Fluss ϕ nach dem Lenz'schen Gesetz entgegenwirkt.

Phasendifferenz und Leistungsfaktor im Transformer

Die Phasendifferenz zwischen $V1$ und $I1$ definiert den Leistungsfaktorwinkel ϕ1 auf der Primarseite des Transformers. Der sekundäre Leistungsfaktor hängt vom Lasttyp ab, der an den Transformer angeschlossen ist:

Für eine induktive Last (wie in der Phasordiagramm oben gezeigt) ist der Leistungsfaktor verzögert.
Für eine kapazitive Last ist der Leistungsfaktor vorlaufend.

Der gesamte Primärstrom $I1$ ist die Vektorsumme des Leerlaufstroms $I0$ und des Gegenstroms $I'1$ , d.h.,

Phasordiagramm des Transformers mit induktiver Last

Das Phasordiagramm eines tatsächlichen Transformers unter induktiver Belastung wird unten veranschaulicht:

Schritte zur Erstellung des Phasordiagramms

Nehmen Sie den Fluss Φ als Referenz.
Die induzierten Spannungen $E 1$ und $E 2$ lagern hinter dem Fluss um 90°.
Die primäre angewandte Spannungskomponente, die $E 1$ ausgleicht, wird als $V' 1$ (d.h., $V'1 = -E1)$ bezeichnet.
Der Leerlaufstrom $I0$ lagert hinter $V' 1$ um 90°.
Für eine verzögernde Leistungsfaktorlast lagert der Strom $I 2$ hinter $E 2$ um den Winkel ϕ_2.
Widerstand und Streuinduktivität verursachen Spannungsabfälle, sodass die sekundäre Anschlussspannung: $V 2 = E 2 − (Spannungsabfälle)$

$I 2 R$ ₂ ist in Phase mit $I 2$ .
$I 2 X 2$ ist orthogonal zu $I 2$ .

Der primäre Strom $I 1$ ist die Vektorsumme von $I' 1$ und $I0$ , wobei $I' 1 = -I 2$ .
Primäre angewandte Spannung: $V1 = V'1 + (primäre Spannungsabfälle)$

$I 1 R 1$ ist in Phase mit $I 1$ .
$I 1 X 1$ ist orthogonal zu $I 1$ .

Die Phasendifferenz zwischen $V 1$ und $I 1$ definiert den primären Leistungsfaktorwinkel ϕ1.
Sekundärer Leistungsfaktor:

Verzögert für induktive Lasten (wie im Phasordiagramm).
Vorlaufend für kapazitive Lasten.

Schritte zur Erstellung des Phasordiagramms für eine kapazitive Last

Nehmen Sie den Fluss Φ als Referenz.
Die induzierten Spannungen $E 1$ und $E 2$ lagern hinter dem Fluss um 90°.
Die primäre angewandte Spannungskomponente, die $E 1$ ausgleicht, wird als $V' 1$ (d.h., $V' 1 = -E 1$ ) bezeichnet.
Der Leerlaufstrom $I 0$ lagert hinter $V' 1$ um 90°.
Für eine vorlaufende Leistungsfaktorlast führt der Strom $I 2$ vor $E 2$ um den Winkel ϕ_$2$.
Widerstand und Streuinduktivität verursachen Spannungsabfälle, sodass die sekundäre Anschlussspannung: $V 2 = E 2 − (Spannungsabfälle)$

$I 2 R 2$ ist in Phase mit $I 2$ .
$I 2 X 2$ ist orthogonal zu $I 2$ .

Gegenstrom $I' 1 = -I 2$ (gleich in Stärke, entgegengesetzt in Phase zu $I 2$ ).
Der primäre Strom $I 1$ ist die Vektorsumme von $I' 1$ und $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Primäre angewandte Spannung $V 1$ ist die Vektorsumme von $V' 1$ und primären Spannungsabfällen: $V 1 = V' 1 +(primäre Spannungsabfälle)$

$I 1 R 1$ ist in Phase mit $I 1$ .
$I 1 X 1$ ist orthogonal zu $I 1$ .

Leistungsfaktorwinkel:

Die Phasendifferenz zwischen $V 1$ und $I 1$ definiert den primären Leistungsfaktorwinkel ϕ_$1$.
Der sekundäre Leistungsfaktor (vorlaufend für kapazitive Lasten) hängt vollständig vom angeschlossenen Lasttyp ab.