Transformer under belastning

Felt: Strømskru

China

Transformer drift under belastningsforhold

Når en transformator er under belastning, kobles dens sekundære spole til en last, som kan være resistiv, induktiv eller kapasitiv. En strøm $I 2$ flyter gjennom den sekundære spolen, med sin størrelse bestemt av terminalspenningen $V 2$ og lastimpedansen. Fasevinkelen mellom sekundærstrømmen og spenningen avhenger av lastens egenskaper.

Forklaring av transformatorlastdrift

Operasjonell oppførsel av en transformator under belastning er detaljert som følger:

Når den sekundære delen av transformator er åpen, trekker den en ubelasted strøm fra hovedforsyningen. Denne ubelasted strømmen induserer en magnetisk motkraft $N 0 I 0$ , som etablerer en fluksgenerering Φ i transformatorkjernen. Kretskonfigurasjonen for transformator under ubelasted forhold er illustrert i figuren nedenfor:

Transformatorbelastningsstrøm interaksjon

Når en last kobles til den sekundære delen av transformator, flyter strøm $I 2$ gjennom den sekundære spolen, og induserer en magnetisk motkraft (MMF) $N 2 I 2$ . Denne MMF genererer flux ϕ2 i kjernen, som motvirker den opprinnelige flux ϕ ifølge Lenz's lov.

Faseforskjell og effektfaktor i transformator

Faseforskjellen mellom $V1$ og $I1$ definerer effektfaktorvinkelen ϕ1 på transformatorens primære side. Effektfaktoren på sekundærsiden avhenger av typen last som er koblet til transformator:

For en induktiv last (som vist i fasordiagrammet over) er effektfaktoren etterstevendende.
For en kapasitiv last er effektfaktoren førstevendende.

Den totale primære strømmen $I1$ er vektorsummen av den ubelasted strømmen $I0$ og den motveiende strømmen $I'1$ , altså,

Fasordiagram for transformator med induktiv last

Fasordiagrammet for en faktisk transformator under induktiv belasting er illustrert nedenfor:

Trinn for å konstruere fasordiagrammet

Ta flux Φ som referanse.
Induserte emf $E 1$ og $E 2$ etterstevner fluxen med 90°.
Den primære anvendte spenningkomponenten som balanserer $E 1$ merkes som $V' 1$ (dvs., $V'1 = -E1)$ .
Ubelsated strøm $I0$ etterstevner $V' 1$ med 90°.
For en etterstevendende effektfaktorlast, strøm $I 2$ etterstevner $E 2$ med vinkel ϕ_2.
Vindingmotstand og lekkasjereaktans forårsaker spenningsfall, slik at sekundært terminalspenning: $V 2 = E 2 − (spenningsfall)$

$I 2 R$ ₂ er i fase med $I 2$ .
$I 2 X 2$ er ortogonal til $I 2$ .

Primærstrøm $I 1$ er vektorsummen av $I' 1$ og $I0$ , der $I' 1 = -I 2$ .
Primær anvendt spenning: $V1 = V'1 + (primære spenningsfall)$

$I 1 R 1$ er i fase med $I 1$ .
$I 1 X 1$ er ortogonal til $I 1$ .

Faseforskjellen mellom $V 1$ og $I 1$ definerer primære effektfaktorvinkel ϕ1.
Sekundær effektfaktor:

Etterstevendende for induktive laster (som i fasordiagrammet).
Førstevendende for kapasitive laster.

Trinn for å tegne fasordiagram for kapasitiv last

Ta flux Φ som referanse.
Induserte emf $E 1$ og $E 2$ etterstevner fluxen med 90°.
Den primære anvendte spenningkomponenten som balanserer $E 1$ merkes som $V' 1$ (dvs., $V' 1 = -E 1$ ).
Ubelsated strøm $I 0$ etterstevner $V' 1$ med 90°.
For en førstevendende effektfaktorlast, strøm $I 2$ førstevender $E 2$ med vinkel ϕ_$2$.
Vindingmotstand og lekkasjereaktans forårsaker spenningsfall, slik at sekundært terminalspenning: $V 2 = E 2 − (spenningsfall)$

$I 2 R 2$ er i fase med $I 2$ .
$I 2 X 2$ er ortogonal til $I 2$ .

Motveiende strøm $I' 1 = -I 2$ (lik i størrelse, motsatt i fase til $I 2$ ).
Primærstrøm $I 1$ er vektorsummen av $I' 1$ og $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Primær anvendt spenning $V 1$ er vektorsummen av $V' 1$ og primære spenningsfall: $V 1 = V' 1 +(primære spenningsfall)$

$I 1 R 1$ er i fase med $I 1$ .
$I 1 X 1$ er ortogonal til $I 1$ .

Effektfaktorvinkler:

Faseforskjellen mellom $V 1$ og $I 1$ definerer primære effektfaktorvinkel ϕ_$1$.
Sekundær effektfaktor (førstevendende for kapasitive laster) avhenger helt av den koblet lasttype.