ترانسفورماتور در حالت بارگذاری

ميدان: کلید برق

China

ترانسفورماتور کاری در شرایط بار

هنگامی که ترانسفورماتور تحت بار است، پیچک ثانویه آن به یک بار متصل می‌شود که می‌تواند مقاومتی، القایی یا خازنی باشد. جریان $I 2$ از طریق پیچک ثانویه می‌گذرد که اندازه آن توسط ولتاژ سری‌پایه $V 2$ و امپدانس بار تعیین می‌شود. زاویه فاز بین جریان ثانویه و ولتاژ بستگی به مشخصات بار دارد.

توضیح عملکرد ترانسفورماتور تحت بار

رفتار عملیاتی ترانسفورماتور تحت بار به شرح زیر است:

هنگامی که پیچک ثانویه ترانسفورماتور باز مدار است، جریان بدون بار را از منبع اصلی می‌کشاند. این جریان بدون بار یک نیروی مغناطیسی $N 0 I 0$ القاء می‌کند که یک شار Φ در هسته ترانسفورماتور ایجاد می‌کند. پیکربندی مدار ترانسفورماتور در شرایط بدون بار در نمودار زیر نشان داده شده است:

تعامل جریان بار ترانسفورماتور

هنگامی که بار به پیچک ثانویه ترانسفورماتور متصل می‌شود، جریان $I 2$ از طریق پیچک ثانویه می‌گذرد که یک نیروی مغناطیسی (MMF) $N 2 I 2$ القاء می‌کند. این MMF یک شار ϕ2 در هسته ایجاد می‌کند که بر اساس قانون لنز با شار اصلی ϕ مخالف است.

اختلاف فاز و عامل قدرت در ترانسفورماتور

اختلاف فاز بین $V1$ و $I1$ زاویه عامل قدرت ϕ1 در سمت اولیه ترانسفورماتور را تعیین می‌کند. عامل قدرت سمت ثانویه بستگی به نوع بار متصل شده به ترانسفورماتور دارد:

برای بار القایی (مانند نمودار فازی بالا)، عامل قدرت پس‌افتی است.
برای بار خازنی، عامل قدرت پیش‌افتی است.

جریان کل اولیه $I1$ حاصل جمع برداری جریان بدون بار $I0$ و جریان تعادل‌بخش $I'1$ است، یعنی

نمودار فازی ترانسفورماتور با بار القایی

نمودار فازی یک ترانسفورماتور واقعی تحت بار القایی در زیر نشان داده شده است:

مراحل ساخت نمودار فازی

شار Φ را به عنوان مرجع در نظر بگیرید.
افم‌های القایی $E 1$ و $E 2$ با 90° پس افتی نسبت به شار هستند.
جزء ولتاژ اعمالی اولیه که $E 1$ را تعادل می‌دهد با $V' 1$ (یعنی $V'1 = -E1)$ نشان داده می‌شود.
جریان بدون بار $I0$ با 90° پس افتی نسبت به $V' 1$ است.
برای بار با عامل قدرت پس‌افتی، جریان $I 2$ با زاویه ϕ_{2 پس افتی نسبت به $E 2$ است.}
مقاومت پیچک و واکنش لیکیج باعث سقوط ولتاژ می‌شوند که ولتاژ سری‌پایه ثانویه را به صورت زیر تعیین می‌کند: $V 2 = E 2 − (voltage drops)$

$I 2 R$ ₂ با $I 2$ همزمان است.
$I 2 X 2$ عمود بر $I 2$ است.

جریان اولیه $I 1$ حاصل جمع برداری $I' 1$ و $I0$ است، که $I' 1 = -I 2$ .
ولتاژ اعمالی اولیه: $V1 = V'1 + (primary voltage drops)$

$I 1 R 1$ با $I 1$ همزمان است.
$I 1 X 1$ عمود بر $I 1$ است.

اختلاف فاز بین $V 1$ و $I 1$ زاویه عامل قدرت اولیه ϕ1 را تعیین می‌کند.
عامل قدرت ثانویه:

پس‌افتی برای بارهای القایی (مانند نمودار فازی).
پیش‌افتی برای بارهای خازنی.

مراحل رسم نمودار فازی برای بار خازنی

شار Φ را به عنوان مرجع در نظر بگیرید.
افم‌های القایی $E 1$ و $E 2$ با 90° پس افتی نسبت به شار هستند.
جزء ولتاژ اعمالی اولیه که $E 1$ را تعادل می‌دهد با $V' 1$ (یعنی $V' 1 = -E 1$ ) نشان داده می‌شود.
جریان بدون بار $I 0$ با 90° پس افتی نسبت به $V' 1$ است.
برای بار با عامل قدرت پیش‌افتی، جریان $I 2$ با زاویه ϕ_$2$ پیش‌افتی نسبت به $E 2$ است.
مقاومت پیچک و واکنش لیکیج باعث سقوط ولتاژ می‌شوند که ولتاژ سری‌پایه ثانویه را به صورت زیر تعیین می‌کند: $V 2 = E 2 − (voltage drops)$

$I 2 R 2$ با $I 2$ همزمان است.
$I 2 X 2$ عمود بر $I 2$ است.

جریان تعادل‌بخش $I' 1 = -I 2$ (با اندازه یکسان و در فاز مخالف $I 2$ ).
جریان اولیه $I 1$ حاصل جمع برداری $I' 1$ و $I 0$ است: $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
ولتاژ اعمالی اولیه $V 1$ حاصل جمع برداری $V' 1$ و سقوط‌های ولتاژ اولیه است: $V 1 = V' 1 +(primary voltage drops)$

$I 1 R 1$ با $I 1$ همزمان است.
$I 1 X 1$ عمود بر $I 1$ است.

زاویه‌های عامل قدرت:

اختلاف فاز بین $V 1$ و $I 1$ زاویه عامل قدرت اولیه ϕ_$1$ را تعیین می‌کند.
عامل قدرت ثانویه (پیش‌افتی برای بارهای خازنی) کاملاً بستگی به نوع بار متصل شده دارد.