Tranzformátor működésének elmélete terhelés nélkül és terhelés esetén

Már beszéltünk az ideális transzformátor elméletéről, hogy jobban megértsük a valódi alapvető transzformátor elméletét. Most át fogunk nézni egyes lépésekenként az elektromos energiaátalakító gyakorlati aspektusait, és próbáljuk rajzolni a transzformátor vektordiagramját minden lépésben. Ahogyan már említettük, az ideális transzformátorban nincs magveszteség, vagyis a transzformátor magja veszteségmentes. De a gyakorlati transzformátorban a transzformátor magjában hysteresis- és vízszintű folyamáveszteségek jelennek meg.

Transzformátor elmélete nélkülözés esetén

Nincs tekercsellenállás és nincs lecsökkentő reaktancia

Vegyünk egy olyan elektromos transzformátort, amelynek csak magvesztesége van, tehát csak magvesztesége van, de nincs rézveszteség és nincs lecsökkentő reaktancia. Ha váltóáram forrás alkalmazódik a primárisra, a forrás áramot szolgáltatja a transzformátor magjának mágnesesítéséhez.

De ez az áram nem az tényleges mágnesesítő áram; kissé nagyobb, mint az tényleges mágnesesítő áram. A forrásból származó teljes áram két komponensből áll, az egyik a mágnesesítő áram, amely csupán a transzformátor magjának mágnesesítésére használható, a másik komponens pedig a forrásáram a transzformátor magveszteségeinek kiegyenlítésére szolgál.

Ez a magveszteség-komponens miatt a forrásáram egy nélkülözési állapotú transzformátorban nem pontosan 90°-kal követi a forrásvoltust, hanem egy kisebb, mint 90°-kal követi. Ha a forrásból származó teljes áram Io, akkor ennek egy komponense lesz fázisszinkron a forrásvoltussal V1, és ez az áramkomponens Iw a magveszteség-komponens.

Ezt a komponenst fázisszinkron a forrásvoltussal veszik, mert aktív vagy működő veszteségekkel kapcsolatos. A forrásáram másik komponense Iμ-val jelölhető.

Ez a komponens alternatív mágneses flukstust termel a magban, tehát watt-nélküli, ami azt jelenti, hogy ez a transzformátor forrásáram reaktív része. Ezért az Iμ kvadratúrában lesz a V1-gyel, és fázisszinkron az alternatív fluksszal Φ. Így a teljes primáris áram egy transzformátorban a nélkülözési állapotban így ábrázolható:

Most látták, mennyire egyszerű elmagyarázni a transzformátor elméletét nélkülözési állapotban.

Transzformátor elmélete terhelés esetén

Nincs tekercsellenállás és lecsökkentő reaktancia

Most vizsgáljuk meg a fenti transzformátor viselkedését terhelés esetén, ami azt jelenti, hogy a terhelés csatlakoztatva van a sekundáris végződésekhez. Vegyünk egy olyan transzformátort, amelynek van magvesztesége, de nincs rézvesztesége és lecsökkentő reaktancia. Amikor terhelést csatlakoztatnak a sekundáris tekercshez, a terhelésáram kezd áramlani a terhelésen és a sekundáris tekercsen is.

Ez a terhelésáram kizárólag a terhelés jellemzőitől és a transzformátor sekundáris feszültségétől függ. Ezt az áramot sekundáris áramnak vagy terhelésáramnak nevezik, itt I2-vel jelöljük. Mivel I2 áramlik a sekundáris tekercsen, benne egy önmagában létrehozott MMF (mágneses mechanikai erő) jön létre. Itt N2I2, ahol N2 a transzformátor sekundáris tekercsének teherfogása.

Ez az MMF (mágneses mechanikai erő) a sekundáris tekercsben φ2 flukstust termel. Ez a φ2 ellenezi a fő mágnesesítő flukstust, rövidesen gyengíti a fő flukstust, és próbálja csökkenteni a primáris sajátindukált EMF E1-t. Ha E1 aláesik a primáris forrásvolt V1-től, további áram fog áramlani a forrásból a primáris tekercsbe.

Ez a további primáris áram I2′ extra flukstust φ′ termel a magban, ami neutralizálja a sekundáris ellenflukstust φ2. Így a fő mágnesesítő flukstus a magban, Φ, nem változik, függetlenül a terheléstől. Tehát a teljes áram, amit a transzformátor a forrásból von le, két komponensre osztható.

Az első komponens a mag mágnesesítésére és a magveszteség kiegyenlítésére használható, azaz Io. Ez a nélkülözési komponens a primáris áramnak. A második komponens a sekundáris tekercs ellenflukstusának kiegyenlítésére használható. Ezt a terhelési komponensnek a primáris áramnak nevezzük. Így a teljes nélkülözési primáris áram I1 egy olyan elektromos energiaátalakítónál, amelynek nincs tekercsellenállása és lecsökkentő reaktanciája, a következőképpen ábrázolható:

Ahol θ2 a transzformátor sekundáris feszültsége és sekundáris áramának közötti szög.
Most tovább lépünk a transzformátor gyakorlati aspektusának további részleteibe.

Transzformátor elmélete terhelés esetén, ellenálló tekercs, de nincs lecsökkentő reaktancia

Most vegyünk figyelembe a transzformátor tekercsellenállását, de nincs lecsökkentő reaktancia. Eddig az olyan transzformátort tárgyaltuk, amelynek ideális tekercsei vannak, azaz nincs ellenállása és lecsökkentő reaktancia, de most olyan transzformátort veszünk, amelynek van belső ellenállása a tekercsben, de nincs lecsökkentő reaktancia. Mivel a tekercsek ellenállóak, ezért voltájellegű esés lesz a tekercsekben.