Teoria transformatora w trybie obciążenia i bez obciążenia

Dyskutowaliśmy teorię idealnego transformatora, aby lepiej zrozumieć rzeczywistą podstawową teorię transformatora. Teraz przejdziemy do praktycznych aspektów transformatora elektrycznego i spróbujemy narysować diagram wektorowy transformatora w każdym kroku. Jak powiedzieliśmy, w idealnym transformatorze nie ma strat w rdzeniu, czyli rdzeń jest wolny od strat. W praktycznym transformatorze występują jednak straty histeretyczne i wirnikowe w rdzeniu transformatora.

Teoria transformatora bez obciążenia

Brak oporu zwinięcia i indukcji strzałkowej

Rozważmy transformator elektryczny z tylko stratami w rdzeniu, co oznacza, że ma tylko straty w rdzeniu, ale nie ma strat miedzianych ani indukcji strzałkowej. Gdy na pierwotnej cewce zastosuje się napęd przemienny, źródło dostarczy prąd do namagnesowania rdzenia transformatora.

Ale ten prąd nie jest faktycznym prądem namagnesowym; jest trochę większy niż faktyczny prąd namagnesowy. Cały prąd dostarczony ze źródła ma dwa składniki, jeden to prąd namagnesowy, który służy tylko do namagnesowania rdzenia, a drugi składnik prądu z źródła jest zużywany do kompensacji strat w rdzeniu transformatora.

Ze względu na ten składnik strat, prąd zasilający w transformatorze bez obciążenia dostarczany ze źródła nie jest dokładnie przesunięty o 90° względem napięcia zasilającego, ale jest przesunięty o kąt θ mniejszy niż 90o. Jeśli całkowity prąd dostarczony ze źródła wynosi Io, będzie miał jeden składnik w fazie z napięciem zasilającym V1, a ten składnik prądu Iw to składnik strat.

Ten składnik jest w fazie z napięciem zasilającym, ponieważ jest związany z aktywnymi lub pracującymi stratami w transformatorach. Inny składnik prądu zasilającego oznaczony jest jako Iμ.

Ten składnik tworzy zmienne pole magnetyczne w rdzeniu, więc jest bezwattowy; oznacza to, że jest reaktywną częścią prądu zasilającego transformatora. Dlatego Iμ będzie w kwadraturze z V1 i w fazie z zmiennym polem magnetycznym Φ. Stąd, całkowity prąd pierwotny w transformatorze w stanie bez obciążenia można przedstawić jako:

Teraz widzisz, jak prosto jest wyjaśnić teorię transformatora bez obciążenia.

Teoria transformatora przy obciążeniu

Brak oporu zwinięcia i indukcji strzałkowej

Teraz przeanalizujemy zachowanie powyższego transformatora przy obciążeniu, co oznacza, że obciążenie jest podłączone do terminali wtórnych. Rozważmy transformator mający straty w rdzeniu, ale bez strat miedzianych i indukcji strzałkowej. Gdy obciążenie jest podłączone do cewki wtórnej, prąd obciążeniowy zacznie przepływać przez obciążenie oraz cewkę wtórną.

Ten prąd obciążeniowy zależy wyłącznie od charakterystyki obciążenia oraz napięcia wtórnego transformatora. Ten prąd nazywany jest prądem wtórnym lub prądem obciążeniowym, tutaj oznaczonym jako I2. Ponieważ I2 przepływa przez cewkę wtórną, powstaje samoczynna siła elektromotoryczna (SEM) w cewce wtórnej. Tutaj to N2I2, gdzie N2 to liczba zwojów cewki wtórnej transformatora.

Ta SEM w cewce wtórnej tworzy strumień φ2. Ten φ2 przeciwstawia się głównemu strumieniowi magnetycznemu i chwilowo osłabia główny strumień, próbując zmniejszyć samoindukcję E1. Jeśli E1 spadnie poniżej napięcia zasilającego V1, będzie płynął dodatkowy prąd ze źródła do cewki pierwotnej.

Ten dodatkowy prąd pierwotny I2′ tworzy dodatkowy strumień φ′ w rdzeniu, który neutralizuje przeciwny strumień wtórny φ2. Stąd główny strumień magnetyczny rdzenia, Φ pozostaje niezmieniony, niezależnie od obciążenia. Całkowity prąd, który transformator pobiera ze źródła, można podzielić na dwa składniki.

Pierwszy jest wykorzystywany do namagnesowania rdzenia i kompensacji strat w rdzeniu, tj. Io. Jest to składowa bez obciążenia prądu pierwotnego. Drugi składnik jest wykorzystywany do kompensacji przeciwnego strumienia cewki wtórnej. Nazywany jest składową obciążeniową prądu pierwotnego. Stąd całkowity prąd pierwotny bez obciążenia I1 transformatora elektrycznego, który nie ma oporu zwinięcia ani indukcji strzałkowej, można przedstawić następująco:

Gdzie θ2 to kąt między napięciem wtórnym a prądem wtórnym transformatora.
Teraz przejdziemy o krok dalej w kierunku bardziej praktycznego aspektu transformatora.

Teoria transformatora przy obciążeniu, z opornym zwinięciem, ale bez indukcji strzałkowej

Teraz rozważmy opór zwinięcia transformatora, ale bez indukcji strzałkowej. Dotychczas omawialiśmy transformator, który ma ideałowe zwinięcia, czyli zwinięcia bez oporu i indukcji strzałkowej, ale teraz rozważymy transformator, który ma wewnętrzny opór w zwinięciu, ale bez indukcji strzałkowej. Ponieważ zwinięcia są oporne, wystąpi spadek napięcia w zwinięciach.

Wcześniej udowodniliśmy, że całkowity prąd pierwotny ze źródła przy obciążeniu to I