Biến áp trong điều kiện tải

Trường dữ liệu: Công tắc điện

China

Chế độ hoạt động của biến áp dưới tải

Khi biến áp đang chịu tải, cuộn dây thứ cấp của nó được kết nối với tải, có thể là tải trở, cảm hoặc dung. Một dòng điện $I 2$ chảy qua cuộn dây thứ cấp, với cường độ được xác định bởi điện áp đầu cuối $V 2$ và trở kháng tải. Góc pha giữa dòng điện thứ cấp và điện áp phụ thuộc vào đặc tính của tải.

Giải thích về chế độ hoạt động của biến áp khi có tải

Hành vi hoạt động của biến áp khi có tải được mô tả chi tiết như sau:

Khi cuộn dây thứ cấp của biến áp bị hở mạch, nó sẽ lấy một dòng điện không tải từ nguồn chính. Dòng điện không tải này tạo ra lực từ $N 0 I 0$ , tạo nên dòng từ Φ trong lõi biến áp. Cấu hình mạch của biến áp trong điều kiện không tải được minh họa trong sơ đồ dưới đây:

Tương tác dòng điện tải của biến áp

Khi tải được kết nối với cuộn dây thứ cấp của biến áp, dòng điện $I 2$ chảy qua cuộn dây thứ cấp, tạo ra lực từ (MMF) $N 2 I 2$ . Lực từ này tạo ra dòng từ ϕ2 trong lõi, chống lại dòng từ gốc ϕ theo luật Lenz.

Hiệu ứng góc pha và hệ số công suất trong biến áp

Góc pha giữa $V1$ và $I1$ xác định góc hệ số công suất ϕ1 ở phía sơ cấp của biến áp. Hệ số công suất phía thứ cấp phụ thuộc vào loại tải được kết nối với biến áp:

Đối với tải cảm (như được hiển thị trong sơ đồ vectơ trên), hệ số công suất là tụt hậu.
Đối với tải dung, hệ số công suất là vượt trước.

Dòng điện sơ cấp tổng cộng $I1$ là tổng vectơ của dòng điện không tải $I0$ và dòng điện cân bằng $I'1$ , tức là,

Sơ đồ vectơ của biến áp với tải cảm

Sơ đồ vectơ của biến áp thực tế khi có tải cảm được minh họa dưới đây:

Các bước để vẽ sơ đồ vectơ

Lấy dòng từ Φ làm tham chiếu.
Các điện áp cảm ứng $E 1$ và $E 2$ tụt hậu so với dòng từ 90°.
Thành phần điện áp sơ cấp cân bằng $E 1$ được ký hiệu là $V' 1$ (tức là, $V'1 = -E1)$ .
Dòng điện không tải $I0$ tụt hậu so với $V' 1$ 90°.
Đối với tải có hệ số công suất tụt hậu, dòng điện $I 2$ tụt hậu so với $E 2$ với góc ϕ_2.
Điện trở cuộn dây và phản ứng rò rỉ gây ra sự sụt áp, làm cho điện áp đầu cuối thứ cấp: $V 2 = E 2 − (sự sụt áp)$

$I 2 R$ ₂ cùng pha với $I 2$ .
$I 2 X 2$ vuông pha với $I 2$ .

Dòng điện sơ cấp $I 1$ là tổng vectơ của $I' 1$ và $I0$ , trong đó $I' 1 = -I 2$ .
Điện áp sơ cấp: $V1 = V'1 + (sụt áp sơ cấp)$

$I 1 R 1$ cùng pha với $I 1$ .
$I 1 X 1$ vuông pha với $I 1$ .

Hiệu ứng góc pha giữa $V 1$ và $I 1$ xác định góc hệ số công suất sơ cấp ϕ1.
Hệ số công suất thứ cấp:

Tụt hậu cho tải cảm (như trong sơ đồ vectơ).
Vượt trước cho tải dung.

Các bước để vẽ sơ đồ vectơ cho tải dung

Lấy dòng từ Φ làm tham chiếu.
Các điện áp cảm ứng $E 1$ và $E 2$ tụt hậu so với dòng từ 90°.
Thành phần điện áp sơ cấp cân bằng $E 1$ được ký hiệu là $V' 1$ (tức là, $V' 1 = -E 1$ ).
Dòng điện không tải $I 0$ tụt hậu so với $V' 1$ 90°.
Đối với tải có hệ số công suất vượt trước, dòng điện $I 2$ vượt trước so với $E 2$ với góc ϕ_$2$.
Điện trở cuộn dây và phản ứng rò rỉ gây ra sự sụt áp, làm cho điện áp đầu cuối thứ cấp: $V 2 = E 2 − (sụt áp)$

$I 2 R 2$ cùng pha với $I 2$ .
$I 2 X 2$ vuông pha với $I 2$ .

Dòng điện cân bằng $I' 1 = -I 2$ (bằng nhau về cường độ, ngược pha so với $I 2$ ).
Dòng điện sơ cấp $I 1$ là tổng vectơ của $I' 1$ và $I 0$ : $I^{1} = I^{1 ′} + I^{0}$
Điện áp sơ cấp $V 1$ là tổng vectơ của $V' 1$ và sụt áp sơ cấp: $V 1 = V' 1 +(sụt áp sơ cấp)$

$I 1 R 1$ cùng pha với $I 1$ .
$I 1 X 1$ vuông pha với $I 1$ .

Góc hệ số công suất:

Hiệu ứng góc pha giữa $V 1$ và $I 1$ xác định góc hệ số công suất sơ cấp ϕ_$1$.
Hệ số công suất thứ cấp (vượt trước cho tải dung) hoàn toàn phụ thuộc vào loại tải được kết nối.