Трансформатор у робочому стані

Edwiin

Поле: Перемикач живлення

China

Робота трансформатора під навантаженням

Коли трансформатор знаходиться під навантаженням, його вторинна обмотка з'єднується з навантаженням, яке може бути опорним, індуктивним або ємнісним. Струм $I 2$ проходить через вторинну обмотку, його величина визначається напругою на кінцях $V 2$ та імпедансом навантаження. Фазовий кут між вторинним струмом та напругою залежить від характеристик навантаження.

Пояснення роботи трансформатора під навантаженням

Операційне поведінка трансформатора під навантаженням детально описана нижче:

Коли вторинна обмотка трансформатора розімкнена, він отримує струм без навантаження від основного живлення. Цей струм без навантаження індукує магнітомотивну силу $N 0 I 0$ , яка створює потік Φ у серцевині трансформатора. Схема з'єднання трансформатора при відсутності навантаження показана на діаграмі нижче:

Взаємодія струму навантаження трансформатора

Коли навантаження підключається до вторинної обмотки трансформатора, струм $I 2$ проходить через вторинну обмотку, індукуючи магнітомотивну силу (MMF) $N 2 I 2$ . Ця MMF генерує потік ϕ2 у серцевині, який протиставляється початковому потоку ϕ за законом Ленца.

Фазова різниця та коефіцієнт ефективності трансформатора

Фазова різниця між $V1$ і $I1$ визначає кут коефіцієнта ефективності ϕ1 на первинній стороні трансформатора. Коефіцієнт ефективності на вторинній стороні залежить від типу навантаження, підключеного до трансформатора:

Для індуктивного навантаження (як показано на фазовій діаграмі вище), коефіцієнт ефективності відстає.
Для ємнісного навантаження, коефіцієнт ефективності опережає.

Загальний первинний струм $I1$ є векторною сумою струму без навантаження $I0$ та компенсаційного струму $I'1$ , тобто,

Фазова діаграма трансформатора з індуктивним навантаженням

Фазова діаграма реального трансформатора під індуктивним навантаженням показана нижче:

Кроки побудови фазової діаграми

Візьміть потік Φ як базовий.
Індуковані ЕДС $E 1$ і $E 2$ відстають від потоку на 90°.
Компонент прикладеної напруги на первинній стороні, який компенсує $E 1$ , позначається як $V' 1$ (тобто, $V'1 = -E1)$ .
Струм без навантаження $I0$ відстає від $V' 1$ на 90°.
Для навантаження з відставаючим коефіцієнтом ефективності, струм $I 2$ відстає від $E 2$ на кут ϕ_2.
Опір обмотки та реактивна провідність призводять до спадів напруги, що робить вторинну термінальну напругу: $V 2 = E 2 − (спади напруги)$

$I 2 R$ ₂ є в фазі з $I 2$ .
$I 2 X 2$ перпендикулярний до $I 2$ .

Первинний струм $I 1$ є фазовою сумою $I' 1$ і $I0$ , де $I' 1 = -I 2$ .
Первинна прикладена напруга: $V1 = V'1 + (первинні спади напруги)$

$I 1 R 1$ є в фазі з $I 1$ .
$I 1 X 1$ перпендикулярний до $I 1$ .

Фазова різниця між $V 1$ і $I 1$ визначає кут коефіцієнта ефективності на первинній стороні ϕ1.
Коефіцієнт ефективності на вторинній стороні:

Відстає для індуктивних навантажень (як на фазовій діаграмі).
Опережає для ємнісних навантажень.

Кроки для побудови фазової діаграми для ємнісного навантаження

Візьміть потік Φ як базовий.
Індуковані ЕДС $E 1$ і $E 2$ відстають від потоку на 90°.
Компонент прикладеної напруги на первинній стороні, який компенсує $E 1$ , позначається як $V' 1$ (тобто, $V' 1 = -E 1$ ).
Струм без навантаження $I 0$ відстає від $V' 1$ на 90°.
Для навантаження з опережаючим коефіцієнтом ефективності, струм $I 2$ опережає $E 2$ на кут ϕ_$2$.
Опір обмотки та реактивна провідність призводять до спадів напруги, що робить вторинну термінальну напругу: $V 2 = E 2 − (спади напруги)$

$I 2 R 2$ є в фазі з $I 2$ .
$I 2 X 2$ перпендикулярний до $I 2$ .

Компенсаційний струм $I' 1 = -I 2$ (рівний за величиною, протилежний за фазою до $I 2$ ).
Первинний струм $I 1$ є фазовою сумою $I' 1$ і $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Первинна прикладена напруга $V 1$ є фазовою сумою $V' 1$ та первинних спадів напруги: $V 1 = V' 1 +(первинні спади напруги)$

$I 1 R 1$ є в фазі з $I 1$ .
$I 1 X 1$ перпендикулярний до $I 1$ .

Кути коефіцієнта ефективності:

Фазова різниця між $V 1$ і $I 1$ визначає кут коефіцієнта ефективності ϕ_$1$.
Коефіцієнт ефективності на вторинній стороні (опережає для ємнісних навантажень) залежить цілком від типу підключеного навантаження.