Teorie transformátoru při zatížení a bez zatížení

Probral jsme teorii ideálního transformátoru pro lepší pochopení skutečné základní teorie transformátoru. Nyní projdeme praktické aspekty elektrického přenosového transformátoru krok za krokem a pokusíme se v každém kroku nakreslit vektorový diagram transformátoru. Jak jsme uvedli, v ideálním transformátoru neexistují žádné ztráty jádra, tj. jádro je bez ztrát. V praxi však existují hysterézní a vířivkové ztráty v jádru transformátoru.

Teorie transformátoru bez zatížení

Bez odporu cívky a bez únikové reaktance

Zvažme jeden elektrický transformátor s pouze ztrátami jádra, což znamená, že má pouze ztráty jádra, ale žádné měděné ztráty a žádnou únikovou reaktanci. Když je na primární stranu aplikován střídavý zdroj, tento zdroj poskytne proud pro magnetizaci jádra transformátoru.

Tento proud však není skutečným magnetizačním proudem; je o něco větší než skutečný magnetizační proud. Celkový proud dodaný ze zdroje má dvě složky, jedna je magnetizační proud, který slouží pouze k magnetizaci jádra, a druhá složka proudu ze zdroje je spotřebována na kompenzaci ztrát v jádře transformátoru.

V důsledku této složky ztrát proudu ze zdroje v transformátoru bez zatížení dodaný ze zdroje není přesně ve fázi o 90° pozadu oproti napětí zdroje, ale je pozadu o úhel θ, který je menší než 90o. Pokud je celkový proud dodaný ze zdroje Io, bude mít jednu složku ve fázi s napětím zdroje V1 a tato složka proudu Iw je složkou ztrát jádra.

Tato složka je vzata ve fázi s napětím zdroje, protože je spojena s aktivními nebo pracovními ztrátami v transformátoru. Další složka proudu ze zdroje je označena jako Iμ.

Tato složka produkuje střídavý magnetický tok v jádře, takže je bezztrátová, což znamená, že je to reaktivní část proudu ze zdroje transformátoru. Proto bude Iμ ve fázi s alternativním magnetickým tokem Φ a v kvadratu s V1. Tedy celkový primární proud v transformátoru v bez zatížení lze vyjádřit jako:

Nyní jste viděli, jak je snadné vysvětlit teorii transformátoru bez zatížení.

Teorie transformátoru s zatížením

Bez odporu cívky a s únikovou reaktancí

Nyní zkontrolujeme chování výše uvedeného transformátoru s zatížením, což znamená, že zatížení je připojeno k sekundárním terminálům. Zvažme transformátor s ztrátami jádra, ale bez měděných ztrát a únikové reaktance. Když je zatížení připojeno k sekundární cívkovému obvodu, proud zatížení začne protékat zatížením i sekundárním cívkovým obvodem.

Tento proud zatížení závisí pouze na charakteristice zatížení a také na sekundárním napětí transformátoru. Tento proud se nazývá sekundární proud nebo proud zatížení, zde je označen jako I2. Jelikož I2 protéká sekundárním obvodem, vytvoří se v sekundárním cívkovém obvodu vlastní MMF. Zde je to N2I2, kde N2 je počet závitů sekundární cívky transformátoru.

Toto MMF nebo magnetomotorická síla v sekundárním cívkovém obvodu vytvoří tok φ2. Tento φ2 se bude opírat o hlavní magnetizační tok a dočasně oslabí hlavní tok a pokusí se snížit primární samoindukované emf E1. Pokud E1 klesne pod primární zdrojové napětí V1, bude přitékat zdrojem do primárního cívkového obvodu další proud.

Tento dodatečný primární proud I2′ vytvoří v jádru dodatečný tok φ′, který neutralizuje sekundární protitok φ2. Hlavní magnetizační tok jádra, Φ, tak zůstane nezměněný bez ohledu na zatížení. Tedy celkový proud, který transformátor přijímá ze zdroje, lze rozdělit na dvě složky.

První složka je využita k magnetizaci jádra a kompenzaci ztrát jádra, tj. Io. Je to bezzatížená složka primárního proudu. Druhá složka je využita k kompenzaci protitoku sekundárního cívkového obvodu. Je známá jako zatížená složka primárního proudu. Tedy celkový bezzatížený primární proud I1 elektrického transformátoru bez odporu cívky a únikové reaktance lze vyjádřit následovně:

Kde θ2 je úhel mezi sekundárním napětím a sekundárním proudem transformátoru.
Nyní se budeme ubírat dalším krokem směrem k praktičtějšímu aspektu transformátoru.

Teorie transformátoru s zatížením, s odporovou cívkou, ale bez únikové reaktance

Nyní zvažme odpor cívky transformátoru, ale bez únikové reaktance. Dosud jsme diskutovali o transformátoru s ideálními cívkami, tj. cívkami bez odporu a únikové reaktance, ale nyní zvažme transformátor s interním odporem v cívkách, ale bez únikové reaktance. Jelikož cívky jsou odporové, dojde k pádovému napětí v cívkách.