Трансформатор под нагрузкой

Edwiin

Поле: Выключатель питания

China

Работа трансформатора при нагрузке

Когда трансформатор находится под нагрузкой, его вторичная обмотка подключается к нагрузке, которая может быть резистивной, индуктивной или емкостной. Ток $I 2$ протекает через вторичную обмотку, его величина определяется напряжением на выводах $V 2$ и сопротивлением нагрузки. Фазовый угол между вторичным током и напряжением зависит от характеристик нагрузки.

Объяснение работы трансформатора под нагрузкой

Операционное поведение трансформатора под нагрузкой подробно описывается следующим образом:

Когда вторичная обмотка трансформатора разомкнута, он потребляет холостой ток от основного источника питания. Этот холостой ток создает магнитодвижущую силу $N 0 I 0$ , которая устанавливает поток Φ в сердечнике трансформатора. Схема трансформатора при холостом ходе показана на следующем рисунке:

Взаимодействие тока нагрузки трансформатора

Когда нагрузка подключена ко вторичной обмотке трансформатора, ток $I 2$ протекает через вторичную обмотку, создавая магнитодвижущую силу (МДС) $N 2 I 2$ . Эта МДС генерирует поток ϕ2 в сердечнике, который противодействует исходному потоку ϕ согласно закону Ленца.

Фазовый угол и коэффициент мощности трансформатора

Фазовый угол между $V1$ и $I1$ определяет угол коэффициента мощности ϕ1 на первичной стороне трансформатора. Коэффициент мощности на вторичной стороне зависит от типа подключенной нагрузки:

Для индуктивной нагрузки (как показано на фазовом диаграмме выше), коэффициент мощности отстает.
Для емкостной нагрузки, коэффициент мощности опережает.

Общий первичный ток $I1$ является векторной суммой холостого тока $I0$ и компенсирующего тока $I'1$ , то есть,

Фазовая диаграмма трансформатора с индуктивной нагрузкой

Фазовая диаграмма реального трансформатора при индуктивной нагрузке показана ниже:

Шаги построения фазовой диаграммы

Принять поток Φ как эталон.
Наведенные ЭДС $E 1$ и $E 2$ отстают от потока на 90°.
Компонент приложенного напряжения на первичной стороне, компенсирующий $E 1$ , обозначается как $V' 1$ (то есть, $V'1 = -E1)$ .
Холостой ток $I0$ отстает от $V' 1$ на 90°.
Для нагрузки с отставанием коэффициента мощности, ток $I 2$ отстает от $E 2$ на угол ϕ_2.
Сопротивление обмоток и реактивное сопротивление приводят к падению напряжения, что делает вторичное напряжение на выводах: $V 2 = E 2 − (падения напряжения)$

$I 2 R$ ₂ находится в фазе с $I 2$ .
$I 2 X 2$ перпендикулярно $I 2$ .

Первичный ток $I 1$ является векторной суммой $I' 1$ и $I0$ , где $I' 1 = -I 2$ .
Приложенное напряжение на первичной стороне: $V1 = V'1 + (падения напряжения на первичной стороне)$

$I 1 R 1$ находится в фазе с $I 1$ .
$I 1 X 1$ перпендикулярно $I 1$ .

Фазовый угол между $V 1$ и $I 1$ определяет угол коэффициента мощности на первичной стороне ϕ1.
Коэффициент мощности на вторичной стороне:

Отстает для индуктивных нагрузок (как на фазовой диаграмме).
Опережает для емкостных нагрузок.

Шаги построения фазовой диаграммы для емкостной нагрузки

Принять поток Φ как эталон.
Наведенные ЭДС $E 1$ и $E 2$ отстают от потока на 90°.
Компонент приложенного напряжения на первичной стороне, компенсирующий $E 1$ , обозначается как $V' 1$ (то есть, $V' 1 = -E 1$ ).
Холостой ток $I 0$ отстает от $V' 1$ на 90°.
Для нагрузки с опережением коэффициента мощности, ток $I 2$ опережает $E 2$ на угол ϕ_$2$.
Сопротивление обмоток и реактивное сопротивление приводят к падению напряжения, что делает вторичное напряжение на выводах: $V 2 = E 2 − (падения напряжения)$

$I 2 R 2$ находится в фазе с $I 2$ .
$I 2 X 2$ перпендикулярно $I 2$ .

Компенсирующий ток $I' 1 = -I 2$ (равен по величине, противоположен по фазе $I 2$ ).
Первичный ток $I 1$ является векторной суммой $I' 1$ и $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Приложенное напряжение на первичной стороне $V 1$ является векторной суммой $V' 1$ и падений напряжения на первичной стороне: $V 1 = V' 1 +(падения напряжения на первичной стороне)$

$I 1 R 1$ находится в фазе с $I 1$ .
$I 1 X 1$ перпендикулярно $I 1$ .

Углы коэффициента мощности:

Фазовый угол между $V 1$ и $I 1$ определяет угол коэффициента мощности на первичной стороне ϕ_$1$.
Коэффициент мощности на вторичной стороне (опережает для емкостных нагрузок) полностью зависит от типа подключенной нагрузки.