Teoria del transformador en funcionament amb càrrega i sense càrrega

Hem discutit la teoria del transformador ideal per una millor comprensió de la teoria real del transformador. Ara anirem passant pels aspectes pràctics d'un transformador d'energia elèctrica i intentarem dibuixar un diagrama vectorial del transformador en cada pas. Com hem dit, en un transformador ideal no hi ha pèrdues en el nucli, és a dir, un nucli sense pèrdues. Però en un transformador pràctic, hi ha pèrdues per histeresis i corrents eddy en el nucli del transformador.

Teoria del Transformador en Buit

Sense Resistència ni Reactància de Fuga

Considerem un transformador elèctric amb només pèrdues en el nucli, és a dir, té només pèrdues en el nucli però no pèrdues per cobre ni reactància de fuga. Quan s'aplica una font alternada al primari, la font proporcionarà la corrent per magnetitzar el nucli del transformador.

Però aquesta corrent no és la corrent de magnetització real; és una mica més gran que la corrent de magnetització real. La corrent total proporcionada per la font té dos components, un és la corrent de magnetització que es fa servir només per magnetitzar el nucli, i l'altre component de la corrent de la font es consumeix per compensar les pèrdues en el nucli del transformador.

A causa d'aquest component de pèrdues, la corrent de la font en un transformador en buit no està exactament a 90° de retard respecte a la tensió d'entrada, sinó que arriba a un angle θ menor que 90o. Si la corrent total proporcionada per la font és Io, tindrà un component en fase amb la tensió d'entrada V1 i aquest component de la corrent Iw és el component de pèrdues.

Aquest component es pren en fase amb la tensió de la font perquè està associat amb les pèrdues actives o de treball en els transformadors. Un altre component de la corrent de la font es denota com a Iμ.

Aquest component produeix el flux magnètic altern en el nucli, així que no té potència activa; vol dir que és la part reactiva de la corrent de la font del transformador. Per tant, Iμ estarà en quadratura amb V1 i en fase amb el flux altern Φ. Per tant, la corrent total primària en un transformador en buit es pot representar com:

Ara heu vist com és simple explicar la teoria del transformador en buit.

Teoria del Transformador en Càrrega

Sense Resistència ni Reactància de Fuga

Ara examinarem el comportament del transformador anteriorment mencionat en càrrega, és a dir, quan la càrrega està connectada als terminals secundaris. Considerem un transformador amb pèrdues en el nucli però sense pèrdues per cobre ni reactància de fuga. Quan una càrrega està connectada a la bobina secundària, la corrent de càrrega començarà a fluir a través de la càrrega i també de la bobina secundària.

Aquesta corrent de càrrega depèn únicament de les característiques de la càrrega i també de la tensió secundària del transformador. Aquesta corrent s'anomena corrent secundària o de càrrega, aquí es denota com a I2. Com que I2 flueix a través de la secundària, es produeix un MMF en la bobina secundària. Aquí és N2I2, on N2 és el nombre de voltants de la bobina secundària del transformador.

Aquest MMF o força magnetomotriu en la bobina secundària produeix un flux φ2. Aquest φ2 oposa el flux de magnetització principal i momentàniament debilita el flux principal i intenta reduir l'efm autòinduït E1. Si E1 cau per davall de la tensió de la font primària V1, hi haurà una corrent addicional que fluirà des de la font cap a la bobina primària.

Aquesta corrent primària addicional I2′ produeix un flux addicional φ′ en el nucli que neutralitzarà el flux secundari contrari φ2. Per tant, el flux de magnetització principal del nucli, Φ, roman inalterat independentment de la càrrega. Així, la corrent total que aquest transformador extreu de la font es pot dividir en dos components.

El primer es fa servir per magnetitzar el nucli i compensar les pèrdues en el nucli, és a dir, Io. És el component de buit de la corrent primària. El segon es fa servir per compensar el flux contrari de la bobina secundària. Es coneix com el component de càrrega de la corrent primària. Per tant, la corrent primària total en buit I1 d'un transformador d'energia elèctrica sense resistència ni reactància de fuga es pot representar com segueix

On θ2 és l'angle entre la tensió secundària i la corrent secundària del transformador.
Ara procedirem un pas més endavant cap a un aspecte més pràctic del transformador.

Teoria del Transformador en Càrrega, amb Bobines Resistives però Sense Reactància de Fuga

Ara considerem la resistència de les bobines del transformador però sense reactància de fuga. Fins ara hem discutit el transformador que té bobines ideals, és a dir, bobines sense resistència ni reactància de fuga, però ara considerarem un transformador que té resistència interna en les bobines però sense reactància de fuga. Com les bobines són resistives, hi haurà una caiguda de tensió en les bobines.

Hem demostrat anteriorment que, la corrent primària total de la font en càrrega és I1. La caiguda de tensió en la bobina primària amb resistència, R