Teorija transformatora pri radu pod opterećenjem i bez opterećenja

Razgovarali smo o teoriji idealnog transformatora kako bismo bolje razumjeli stvarnu elementarnu teoriju transformatora. Sada ćemo korak po korak proći kroz praktične aspekte električnog transformatora i pokušati nacrtati vektorski dijagram transformatora u svakom koraku. Kao što smo rekli, u idealnom transformatoru ne postoje gubitci u jezgru transformatora, tj. jezgro je bez gubitaka. Međutim, u praktičnom transformatoru postoje gubitci histerese i strujnih prstena u jezgru transformatora.

Teorija transformatora bez opterećenja

Bez otpora zavojnice i bez izbježne reaktancije

Promotrimo jedan električni transformator s jedino gubitcima u jezgru, što znači da ima samo gubitke u jezgru, ali nema gubitke bakra i nema izbježnu reaktanciju transformatora. Kada se na primarnu stranu primijeni izmjenični izvor, taj izvor će pružiti struju za magnetiziranje jezgra transformatora.

Ali ova struja nije zapravo magnetizirajuća struja; ona je malo veća od stvarne magnetizirajuće struje. Ukupna struja koju izvor pruža sastoji se od dvije komponente, jedna je magnetizirajuća struja koja se koristi samo za magnetiziranje jezgra, a druga komponenta struje izvora troši se za kompenzaciju gubitaka u jezgru transformatora.

Zbog ove komponente gubitka, struja izvora u transformatoru bez opterećenja koju izvor pruža, nije točno za 90° zakasnela u odnosu na naponsku struju, već je zakasnila za kut θ manji od 90o. Ako je ukupna struja koju izvor pruža Io, imat će jednu komponentu u fazi s naponskom strujom V1, a ta komponenta struje Iw je komponenta gubitka u jezgru.

Ova komponenta uzima se u fazi s naponskom strujom jer je povezana s aktivnim ili radnim gubitcima u transformatoru. Druga komponenta struje izvora označena je kao Iμ.

Ova komponenta proizvodi izmjenični magnetski tok u jezgru, pa je bezzapremina; to znači da je reaktivni dio struje izvora transformatora. Stoga će Iμ biti u kvadraturi s V1 i u fazi s izmjeničnim magnetskim tokom Φ. Stoga se ukupna primarna struja u transformatoru u stanju bez opterećenja može prikazati kao:

Sada ste vidjeli kako je jednostavno objasniti teoriju transformatora bez opterećenja.

Teorija transformatora pod opterećenjem

Bez otpora zavojnice i s izbježnom reaktancijom

Sada ćemo ispitati ponašanje prethodno opisanog transformatora pod opterećenjem, što znači da je opterećenje spojeno na sekundarni terminal. Pretpostavimo transformator s gubitcima u jezgru, ali bez gubitaka bakra i izbježne reaktancije. Kada se opterećenje spoji na sekundarnu zavojnicu, struja opterećenja počet će protjecati kroz opterećenje i sekundarnu zavojnicu.

Ova struja opterećenja potpuno ovisi o karakteristikama opterećenja i o sekundarnom naponu transformatora. Ova struja naziva se sekundarna struja ili struja opterećenja, ovdje je označena kao I2. Budući da I2 teče kroz sekundarnu zavojnicu, nastaje sam MMF u sekundarnoj zavojnici. To je N2I2, gdje je N2 broj zavojaka sekundarne zavojnice transformatora.

Ovaj MMF ili magnetski pokretački moment u sekundarnoj zavojnici proizvodi magnetski tok φ2. Taj φ2 suprotstavlja glavnom magnetizirajućem magnetskom toku i privremeno oslabljuje glavni magnetski tok i pokušava smanjiti samopokretanje primarne struje E1. Ako E1 padne ispod primarnog naponskog nivoa V1, dobit ćemo dodatnu struju koja teče iz izvora u primarnu zavojnicu.

Ova dodatna primarna struja I2′ proizvodi dodatni magnetski tok φ′ u jezgru koji neutralizira sekundarni kontra-magnetski tok φ2. Stoga glavni magnetizirajući magnetski tok jezgra, Φ, ostaje nepromijenjen bez obzira na opterećenje. Dakle, ukupna struja koju transformator povlači iz izvora može se podijeliti u dvije komponente.

Prva se koristi za magnetiziranje jezgra i kompenzaciju gubitaka u jezgru, tj. Io. To je komponenta bez opterećenja primarne struje. Druga se koristi za kompenzaciju kontra-magnetskog toka sekundarne zavojnice. Poznata je kao komponenta s opterećenjem primarne struje. Stoga se ukupna primarna struja bez opterećenja I1 električnog transformatora bez otpora zavojnice i izbježne reaktancije može prikazati ovako

Gdje je θ2 kut između sekundarnog naponskog nivoa i sekundarne struje transformatora.
Sada ćemo napredovati korak dalje prema još praktičnijem aspektu transformatora.

Teorija transformatora pod opterećenjem, s otpornom zavojnicom, ali bez izbježne reaktancije

Sada promotrimo otpor zavojnice transformatora, ali bez izbježne reaktancije. Trenutno smo raspravljali o transformatoru s idealnim zavojnicama, što znači zavojnice bez otpora i izbježne reaktancije, ali sada ćemo promatrati transformator s internim otporom u zavojnici, ali bez izbježne reaktancije. Budući da su zavojnice otporne, bit će pad napona u zavojnicama.

Dokazali smo ranije da je ukup