Теория на трансформатора при натоварена и без натоварена работа

Обсъждали сме теорията на идеалния трансформатор за по-добро разбиране на реалната теория на трансформатора. Сега ще преминем през практическите аспекти един по един на електрическия трансформатор и ще се опитаме да начертаем векторна диаграма на трансформатора във всеки етап. Както казахме, в идеалния трансформатор няма загуби в ядрото, т.е. ядрото е без загуби. Но в практическия трансформатор има гистерезисни и вихреви загуби в ядрото.

Теория на трансформатора при ненатоварено състояние

Без съпротивление на обмотките и без изтичане на реактивност

Да разгледаме един електрически трансформатор, който има само ядрени загуби, което означава, че има само ядрени загуби, но няма медни загуби и изтичане на реактивност. Когато се приложи променящо се напрежение в первичната обмотка, то ще достави тока за намагничаване на ядрото на трансформатора.

Но този ток не е действителният намагничаващ ток; той е малко по-голям от действителния намагничаващ ток. Общият ток, доставен от източника, има две компоненти: едната е намагничаващият ток, който се използва само за намагничаване на ядрото, а другата компонента на тока от източника се изразходва за компенсиране на ядрените загуби в трансформатора.

Поради тази компонента на ядрените загуби, токът от източника в трансформатор при ненатоварено състояние, доставен от източника, не е точно с фазови ъгъл 90°, но е със започване на ъгъл θ, по-малък от 90o. Ако общият ток, доставен от източника, е Io, той ще има една компонента в фаза с напрежението V1, и тази компонента на тока Iw е компонентата на ядрените загуби.

Тази компонента се взима в фаза с напрежението на източника, защото е свързана с активни или работещи загуби в трансформатора. Другата компонента на тока от източника се означава като Iμ.

Тази компонента произвежда променящият се магнитен поток в ядрото, така че е без мощност; това е реактивната част от тока на източника. Следователно Iμ ще бъде в квадратура с V1 и в фаза с променящия се поток Φ. Следователно, общият первичен ток в трансформатор при ненатоварено състояние може да бъде представен като:

Сега видяхте колко просто е да се обясни теорията на трансформатора при ненатоварено състояние.

Теория на трансформатора при натоварено състояние

Без съпротивление на обмотките и изтичане на реактивност

Сега ще разгледаме поведението на горепосочения трансформатор при натоварено състояние, което означава, че натоварването е свързано с вторичните терминали. Разглеждаме трансформатор, който има ядрени загуби, но няма медни загуби и изтичане на реактивност. Всяка път, когато натоварването е свързано с вторичната обмотка, токът на натоварването ще започне да протича през натоварването, както и през вторичната обмотка.

Този ток на натоварването зависи единствено от характеристиките на натоварването и също от вторичното напрежение на трансформатора. Този ток се нарича вторичен ток или ток на натоварване, тук той е означен като I2. Тъй като I2 протича през вторичната обмотка, се произвежда сам MMF в вторичната обмотка. Тук това е N2I2, където N2 е броят на витките на вторичната обмотка на трансформатора.

Този MMF или магнетодвижещ сил във вторичната обмотка произвежда поток φ2. Този φ2 противодейства на основния намагничаващ поток и моментно ослабява основния поток и се опитва да намали самовъзбуждащото ЕМФ E1. Ако E1 спадне под напрежението на первичния източник V1, ще има допълнителен ток, който протича от източника към первичната обмотка.

Този допълнителен первичен ток I2′ произвежда допълнителен поток φ′ в ядрото, който ще нейтрализира вторичния контрапоток φ2. Следователно, основният намагничаващ поток на ядрото, Φ, остава непроменен независимо от натоварването. Следователно, общият ток, който този трансформатор извлича от източника, може да бъде разделен на две компоненти.

Първата е използвана за намагничаване на ядрото и компенсиране на ядрените загуби, т.е. Io. Това е компонентата на первичния ток при ненатоварено състояние. Втората е използвана за компенсиране на контрапотока на вторичната обмотка. Тя се нарича компонента на первичния ток при натоварено състояние. Следователно, общият первичен ток I1 на електрическия трансформатор, който няма съпротивление на обмотките и изтичане на реактивност, може да бъде представен по следния начин:

Където θ2 е ъгълът между вторично напрежение и вторичен ток на трансформатора.
Сега ще продължим с още един стъпка към по-практически аспект на трансформатора.

Теория на трансформатора при натоварено състояние, с резистивни обмотки, но без изтичане на реактивност

Сега, да разгледаме съпротивлението на обмотките на трансформатора, но без изтичане на реактивност. До сега обсъждахме трансформатор, който има идеални обмотки, т.е. обмотки без съпротивление и изтичане на реак