Teoria del Trasformatore in Funzionamento a Carico e senza Carico

Abbiamo discusso della teoria del trasformatore ideale per una migliore comprensione della teoria del trasformatore effettiva. Ora passeremo in rassegna gli aspetti pratici di un trasformatore elettrico uno per uno e cercheremo di tracciare il diagramma vettoriale del trasformatore in ogni passaggio. Come abbiamo detto, in un trasformatore ideale non ci sono perdite nel nucleo, ovvero il nucleo è privo di perdite. Ma in un trasformatore pratico, ci sono perdite di isteresi e correnti di turbolenza nel nucleo.

Teoria del Trasformatore a Carico Nullo

Senza Resistenza di Avvolgimento e Senza Reattanza di Fuga

Consideriamo un trasformatore elettrico con solo perdite nel nucleo, il che significa che ha solo perdite nel nucleo ma non perdite di rame e non reattanza di fuga. Quando viene applicata una sorgente alternata al primario, la sorgente fornirà la corrente per magnetizzare il nucleo del trasformatore.

Ma questa corrente non è la corrente di magnetizzazione effettiva; è leggermente superiore alla corrente di magnetizzazione effettiva. La corrente totale fornita dalla sorgente ha due componenti, una è la corrente di magnetizzazione che serve solo per magnetizzare il nucleo, e l'altra componente della corrente della sorgente è consumata per compensare le perdite nel nucleo del trasformatore.

A causa di questo componente di perdita, la corrente della sorgente in un trasformatore a carico nullo fornita dalla sorgente non è esattamente sfasata di 90° rispetto alla tensione di alimentazione, ma è sfasata di un angolo θ minore di 90o. Se la corrente totale fornita dalla sorgente è Io, avrà un componente in fase con la tensione di alimentazione V1 e questo componente di corrente Iw è il componente di perdita nel nucleo.

Questo componente è preso in fase con la tensione della sorgente perché è associato alle perdite attive o operative nel trasformatore. Un altro componente della corrente della sorgente è denotato come Iμ.

Questo componente produce il flusso magnetico alternato nel nucleo, quindi è senza potenza; significa che è la parte reattiva della corrente della sorgente del trasformatore. Pertanto, Iμ sarà in quadratura con V1 e in fase con il flusso alternato Φ. Pertanto, la corrente totale primaria in un trasformatore a carico nullo può essere rappresentata come:

Ora hai visto quanto sia semplice spiegare la teoria del trasformatore a carico nullo.

Teoria del Trasformatore a Carico

Senza Resistenza di Avvolgimento e Con Reattanza di Fuga

Ora esamineremo il comportamento del trasformatore sopra descritto a carico, il che significa che il carico è collegato ai terminali secondari. Consideriamo un trasformatore con perdite nel nucleo ma senza perdite di rame e reattanza di fuga. Quando un carico è collegato all'avvolgimento secondario, la corrente del carico inizierà a fluire attraverso il carico e l'avvolgimento secondario.

Questa corrente del carico dipende solo dalle caratteristiche del carico e anche dalla tensione secondaria del trasformatore. Questa corrente è chiamata corrente secondaria o corrente del carico, qui è denotata come I2. Poiché I2 scorre attraverso il secondario, si produrrà una forza magnetomotrice (MMF) autoindotta nell'avvolgimento secondario. Qui è N2I2, dove, N2 è il numero di spire dell'avvolgimento secondario del trasformatore.

Questa MMF o forza magnetomotrice nell'avvolgimento secondario produce il flusso φ2. Questo φ2 opporrà il flusso magnetizzante principale e momentaneamente lo indebolirà, cercando di ridurre l'autoinduzione E1 primaria. Se E1 scende sotto la tensione di alimentazione V1, vi sarà una corrente aggiuntiva che scorre dalla sorgente all'avvolgimento primario.

Questa corrente primaria aggiuntiva I2′ produce un flusso extra φ′ nel nucleo che neutralizzerà il flusso secondario contrario φ2. Pertanto, il flusso magnetizzante principale del nucleo, Φ, rimane invariato indipendentemente dal carico. Quindi, la corrente totale che il trasformatore attinge dalla sorgente può essere divisa in due componenti.

Il primo è utilizzato per magnetizzare il nucleo e compensare le perdite nel nucleo, cioè Io. È il componente a carico nullo della corrente primaria. Il secondo è utilizzato per compensare il flusso contrario dell'avvolgimento secondario. È noto come il componente di carico della corrente primaria. Pertanto, la corrente primaria totale a carico nullo I1 di un trasformatore elettrico senza resistenza di avvolgimento e reattanza di fuga può essere rappresentata come segue

Dove θ2 è l'angolo tra la Tensione Secondaria e la Corrente Secondaria del trasformatore.
Ora procederemo ulteriormente verso un aspetto più pratico del trasformatore.

Teoria del Trasformatore a Carico, con Avvolgimento Resistivo, ma Senza Reattanza di Fuga

Ora, consideriamo la resistenza dell'avvolgimento del trasformatore, ma senza reattanza di fuga. Finora abbiamo discusso del trasformatore che ha avvolgimenti ideali, cioè avvolgimenti senza resistenza e reattanza di fuga, ma ora considereremo un trasformatore che ha resistenza interna nell'avvolgimento, ma senza reattanza di fuga. Poiché gli avvolgimenti sono resistenti, ci sarebbe una caduta di tensione negli avvolgimenti.

Abbiamo dimostrato in precedenza che, la corrente primaria totale dalla sorgente a carico è I1. La caduta di tensione nell'avvolgimento primario con resistenza, R