Transformator w obciążeniu

Edwiin

Pole: Włącznik zasilania

China

Działanie transformatora w warunkach obciążenia

Gdy transformator jest obciążony, jego drugie zwoje są połączone z obciążeniem, które może być oporne, indukcyjne lub pojemnościowe. Prąd $I 2$ przepływa przez drugie zwoje, a jego wielkość zależy od napięcia końcowego $V 2$ i impedancji obciążenia. Kąt fazowy między prądem i napięciem drugiego zwinięcia zależy od charakterystyki obciążenia.

Wyjaśnienie działania transformatora pod obciążeniem

Zachowanie operacyjne transformatora pod obciążeniem przedstawia się następująco:

Gdy drugie zwinięcie transformatora jest otwarte, czerpie on prąd bezobciążeniowy z głównego źródła zasilania. Ten prąd bezobciążeniowy indukuje siłę magnetyczną $N 0 I 0$ , która tworzy strumień Φ w rdzeniu transformatora. Konfiguracja obwodowa transformatora w warunkach bezobciążeniowych jest ilustrowana na poniższym rysunku:

Interakcja prądu obciążeniowego transformatora

Gdy obciążenie jest podłączone do drugiego zwinięcia transformatora, prąd $I 2$ przepływa przez drugie zwinięcie, indukując siłę magnetyczną (MMF) $N 2 I 2$ . Ta MMF generuje strumień ϕ2 w rdzeniu, który przeciwstawi się oryginalnemu strumieniowi ϕ zgodnie z prawem Lenza.

Różnica fazowa i współczynnik mocy w transformatorze

Różnica fazowa między $V1$ a $I1$ definiuje kąt współczynnika mocy ϕ1 na stronie pierwotnej transformatora. Współczynnik mocy na stronie wtórnej zależy od typu obciążenia podłączonego do transformatora:

Dla obciążenia indukcyjnego (jak pokazano na diagramie fazowym powyżej), współczynnik mocy jest ujemny.
Dla obciążenia pojemnościowego, współczynnik mocy jest dodatni.

Całkowity prąd pierwotny $I1$ to suma wektorowa prądu bezobciążeniowego $I0$ i prądu równoważącego $I'1$ , tzn.,

Diagram fazowy transformatora z obciążeniem indukcyjnym

Diagram fazowy rzeczywistego transformatora pod obciążeniem indukcyjnym jest ilustrowany poniżej:

Kroki konstrukcji diagramu fazowego

Weź strumień Φ jako odniesienie.
Indukowane EMF $E 1$ i $E 2$ opóźniają strumień o 90°.
Składowa napięcia pierwotnego balansująca $E 1$ oznaczona jest jako $V' 1$ (tj., $V'1 = -E1)$ .
Prąd bezobciążeniowy $I0$ opóźnia $V' 1$ o 90°.
Dla obciążenia z ujemnym współczynnikiem mocy, prąd $I 2$ opóźnia $E 2$ o kąt ϕ₂.
Opor wiatrowski i reaktancja przecieków powodują spadki napięcia, co sprawia, że napięcie końcowe wtórne wynosi: $V 2 = E 2 − (spadki napięcia)$

$I 2 R$ ₂ jest w fazie z $I 2$ .
$I 2 X 2$ jest prostopadle do $I 2$ .

Prąd pierwotny $I 1$ to suma wektorowa $I' 1$ i $I0$ , gdzie $I' 1 = -I 2$ .
Zastosowane napięcie pierwotne: $V1 = V'1 + (spadki napięcia pierwotne)$

$I 1 R 1$ jest w fazie z $I 1$ .
$I 1 X 1$ jest prostopadle do $I 1$ .

Różnica fazowa między $V 1$ a $I 1$ definiuje kąt współczynnika mocy pierwotnego ϕ1.
Współczynnik mocy wtórny:

Ujemny dla obciążeń indukcyjnych (jak na diagramie fazowym).
Dodatni dla obciążeń pojemnościowych.

Kroki rysowania diagramu fazowego dla obciążenia pojemnościowego

Weź strumień &Φ; jako odniesienie.
Indukowane EMF $E 1$ i $E 2$ opóźniają strumień o 90°.
Składowa napięcia pierwotnego balansująca $E 1$ oznaczona jest jako $V' 1$ (tj., $V' 1 = -E 1$ ).
Prąd bezobciążeniowy $I 0$ opóźnia $V' 1$ o 90°.
Dla obciążenia z dodatnim współczynnikiem mocy, prąd $I 2$ wyprzedza $E 2$ o kąt ϕ_$2$.
Opor wiatrowski i reaktancja przecieków powodują spadki napięcia, co sprawia, że napięcie końcowe wtórne wynosi: $V 2 = E 2 − (spadki napięcia)$

$I 2 R 2$ jest w fazie z $I 2$ .
$I 2 X 2$ jest prostopadle do $I 2$ .

Prąd równoważący $I' 1 = -I 2$ (równy co do wielkości, przeciwny co do fazy do $I 2$ ).
Prąd pierwotny $I 1$ to suma wektorowa $I' 1$ i $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Zastosowane napięcie pierwotne $V 1$ to suma wektorowa $V' 1$ i spadków napięcia pierwotnych: $V 1 = V' 1 +(spadki napięcia pierwotne)$

$I 1 R 1$ jest w fazie z $I 1$ .
$I 1 X 1$ jest prostopadle do $I 1$ .

Kąty współczynnika mocy:

Różnica fazowa między $V 1$ a $I 1$ definiuje kąt współczynnika mocy pierwotnego ϕ_$1$.
Współczynnik mocy wtórny (dodatni dla obciążeń pojemnościowych) zależy całkowicie od typu podłączonego obciążenia.