Theorie van Transformatoren bij Belasting en Zonder Belasting

We hebben besproken over de theorie van de ideale transformator om een beter begrip te krijgen van de werkelijke elementaire transformatortheorie. Nu zullen we stap voor stap de praktische aspecten van een elektrische krachttransformator doornemen en proberen in elke stap een vector diagram van de transformator te tekenen. Zoals we al zeiden, is er in een ideale transformator geen kernverlies, wat neerkomt op een verliesvrije kern. Maar in een echte transformator zijn er hysteresis- en wervelstroomverliezen in de transformatorkern.

Theorie van de Transformator zonder Belasting

Zonder Windingweerstand en Zonder Lekreactantie

Laten we een elektrische transformator met alleen kernverliezen overwegen, wat betekent dat hij alleen kernverliezen heeft, maar geen koperverlies en geen lekreactantie. Wanneer een wisselspanning wordt toegepast op de primaire zijde, zal de bron stroom leveren voor het magnetiseren van de transformatorkern.

Maar deze stroom is niet de daadwerkelijke magnetiseringsstroom; hij is iets groter dan de daadwerkelijke magnetiseringsstroom. De totale stroom die van de bron wordt geleverd, bestaat uit twee componenten: één is de magnetiseringsstroom die uitsluitend gebruikt wordt voor het magnetiseren van de kern, en de andere component van de bronstroom wordt gebruikt om de kernverliezen in de transformator te compenseren.

Vanwege deze kernverliescomponent ligt de bronstroom in een transformator zonder belasting niet exact 90° achter de voedingsspanning, maar ligt hij achter een hoek θ die kleiner is dan 90o. Als de totale stroom die van de bron wordt geleverd Io is, zal deze een component hebben in fase met de voedingsspanning V1, en deze component van de stroom Iw is de kernverliescomponent.

Deze component wordt in fase met de bronspanning genomen omdat hij verbonden is met actieve of werkende verliezen in de transformator. Een andere component van de bronstroom wordt aangeduid als Iμ.

Deze component produceert de wisselmagnetische flux in de kern, dus hij is watteloos, wat betekent dat hij het reactieve deel van de transformatorbronstroom is. Daarom zal Iμ in kwadratuur staan met V1 en in fase met de wisselflux Φ. Dus, de totale primaire stroom in een transformator in de zonder belasting toestand kan worden weergegeven als:

Nu hebt u gezien hoe eenvoudig het is om de transformatortheorie in de toestand zonder belasting uit te leggen.

Theorie van de Transformator onder Belasting

Zonder Windingweerstand en Lekreactantie

Nu zullen we het gedrag van de bovenstaande transformator onder belasting bekijken, wat betekent dat de belasting aan de secundaire aansluitingen is verbonden. Overweeg een transformator met kernverlies, maar zonder koperverlies en lekreactantie. Wanneer een belasting aan de secundaire winding wordt verbonden, zal de belastingsstroom door de belasting en de secundaire winding gaan stromen.

Deze belastingsstroom hangt uitsluitend af van de eigenschappen van de belasting en ook van de secundaire spanning van de transformator. Deze stroom wordt secundaire stroom of belastingsstroom genoemd, hier wordt hij aangeduid als I2. Omdat I2 door de secundaire gaat, wordt er een zelf MMF in de secundaire winding geproduceerd. Hier is het N2I2, waarbij N2 het aantal windingen van de secundaire winding van de transformator is.

Dit MMF of magnetomotief in de secundaire winding produceert flux φ2. Deze φ2 zal de hoofdmagnetiseringsflux tegengaan en tijdelijk de hoofdflux verzwakken en proberen de primaire zelfopgewekte emf E1 te verminderen. Als E1 onder de primaire bronspanning V1 valt, zal er extra stroom van de bron naar de primaire winding stromen.

Deze extra primaire stroom I2′ produceert extra flux φ′ in de kern, die de secundaire tegenflux φ2 neutraliseert. Daarom blijft de hoofdmagnetiseringsflux van de kern, Φ, onveranderd, ongeacht de belasting. Dus de totale stroom die deze transformator van de bron trekt, kan worden verdeeld in twee componenten.

De eerste wordt gebruikt voor het magnetiseren van de kern en het compenseren van het kernverlies, namelijk Io. Dit is het component zonder belasting van de primaire stroom. De tweede wordt gebruikt voor het compenseren van de tegenflux van de secundaire winding. Hij staat bekend als het belastingscomponent van de primaire stroom. Dus de totale primaire stroom zonder belasting I1 van een elektrische krachttransformator zonder windingweerstand en lekreactantie kan als volgt worden weergegeven

Waarbij θ2 de hoek is tussen de secundaire spanning en de secundaire stroom van de transformator.
Nu gaan we nog een stap verder naar een meer praktisch aspect van de transformator.

Theorie van de Transformator onder Belasting, met Weerstandige Winding, maar zonder Lekreactantie

Nu nemen we de windingweerstand van de transformator in overweging, maar zonder lekreactantie. Tot nu toe hebben we de transformator besproken die ideaal is, wat betekent dat de windingen geen weerstand en lekreactantie hebben, maar nu nemen we een transformator in overweging die interne weerstand in de windingen heeft, maar geen lekreactantie. Aangezien de windingen weerstandig zijn, zal er een spanningsval in de windingen optreden.

We hebben eerder bewezen dat de totale primaire stroom van de bron onder belasting I1 is. De spanningsval in de primaire winding met weerstand, R1