Teori for Transformer under Belastning og uden Belastning

Vi har diskuteret teorien om den ideale transformator for at bedre forstå den faktiske elementære transformator-teori. Nu vil vi gennemgå de praktiske aspekter en for en af en elektrisk strømtransformator og prøve at tegne vektor-diagrammet for transformator i hvert trin. Som vi sagde, i en ideel transformator er der ingen kjernehæld i transformator, dvs. et hæld-frit kjernekreds. Men i en praktisk transformator er der hysteresis- og omløbsstrøm-tab i transformatorkernen.

Transformator-teori uden belastning

Uden vindingsmodstand og uden lekkage-reactance

Lad os overveje en elektrisk transformator med kun kjernehæld, hvilket betyder, at den har kun kjernehæld, men ingen kobberhæld og ingen lekkage-reactance. Når en alternativ kilde anvendes på primærside, vil kilden forsyne strømmen til at magnetisere kernen i transformator.

Men denne strøm er ikke den faktiske magnetiseringsstrøm; den er en smule større end den faktiske magnetiseringsstrøm. Den samlede strøm, som leveres fra kilden, har to komponenter, den ene er magnetiseringsstrømmen, der kun bruges til at magnetisere kernen, og den anden komponent af kildestrømmen bruges til at kompensere for kjernehæld i transformator.

På grund af denne kjernehæld-komponent, er kildestrømmen i en transformator uden belastning, som leveres fra kilden, ikke præcis 90° bagud for spændingen, men den ligger bagud med en vinkel θ, der er mindre end 90o. Hvis den samlede strøm, der leveres fra kilden, er Io, vil den have en komponent i fase med spændingen V1, og denne komponent af strømmen Iw er kjernehæld-komponenten.

Denne komponent tages i fase med kildespændingen, fordi den er forbundet med aktive eller arbejdende tab i transformator. En anden komponent af kildestrømmen er betegnet som Iμ.

Denne komponent producerer den alternativt magnetiske flux i kernen, så den er watt-løs; det betyder, at den er den reaktive del af kildestrømmen i transformator. Derfor vil Iμ være i kvadratur med V1 og i fase med den alternativt magnetiske flux Φ. Derfor kan den samlede primærstrøm i en transformator under uden belastning-tilstand repræsenteres som:

Nu har du set, hvor simpelt det er at forklare transformator-teori uden belastning.

Transformator-teori under belastning

Uden vindingsmodstand og med lekkage-reactance

Nu vil vi undersøge opførslen af den ovenfor nævnte transformator under belastning, hvilket betyder, at belastningen er forbundet til sekundære terminaler. Overvej en transformator med kjernehæld, men ingen kobberhæld og lekkage-reactance. Når en belastning er forbundet til sekundær vindings, vil belastningsstrømmen begynde at løbe gennem belastningen samt sekundær vindings.

Denne belastningsstrøm afhænger udelukkende af belastningens egenskaber og også af sekundærspænding af transformator. Denne strøm kaldes sekundærstrøm eller belastningsstrøm, her er den betegnet som I2. Da I2 løber gennem sekundær, vil en selv MMF i sekundær vindings blive produceret. Her er det N2I2, hvor N2 er antallet af vindinger i sekundær vindings af transformator.

Denne MMF eller magnetomotive kraft i sekundær vindings producerer flux φ2. Dette φ2 vil modvirke den hovedlige magnetiseringsflux og midlertidigt svække den hovedlige flux og forsøge at reducere primær selv-inducerede emf E1. Hvis E1 falder under primær kildespænding V1, vil der være en ekstra strøm, der løber fra kilde til primær vindings.

Denne ekstra primærstrøm I2′ producerer ekstra flux φ′ i kernen, der neutraliserer sekundær kontra-flux φ2. Derfor forbliver den hovedlige magnetiseringsflux i kernen, Φ, uændret uanset belastning. Så den samlede strøm, som denne transformator drager fra kilden, kan deles ind i to komponenter.

Den første bruges til at magnetisere kernen og kompensere for kjernehæld, dvs. Io. Det er den ubelasted komponent af primærstrømmen. Den anden bruges til at kompensere for kontra-fluxen i sekundær vindings. Den kendes som belastningskomponenten af primærstrømmen. Derfor kan den samlede ubelasted primærstrøm I1 i en elektrisk strømtransformator uden vindingsmodstand og lekkage-reactance repræsenteres som følgende

Hvor θ2 er vinklen mellem sekundærspænding og sekundærstrøm i transformator.
Nu vil vi fortsætte et skridt videre mod en mere praktisk aspekt af en transformator.

Transformator-teori under belastning, med resistiv vindings, men ingen lekkage-reactance

Nu overvejer vi vindingsmodstanden i transformator, men ingen lekkage-reactance. Indtil nu har vi drøftet transformator, der har ideelle vindinger, dvs. vindinger uden modstand og lekkage-reactance, men nu vil vi overveje en transformator, der har intern modstand i vindinger, men ingen lekkage-reactance. Da vindingerne er resistive, vil der være en spændingsfald i vindingerne.

Vi har tidligere bevist, at den samlede primærstrøm fra kilden under belastning er I1. Spændingsfaldet i primær vindings med modstand, R