Teorija delovanja transformatorja pri obremenjenem in neobremenjenem delovanju

Razpravljali smo o teoriji idealnega transformatorja za boljše razumevanje dejanske osnovne teorije transformatorja. Sedaj bomo eno za drugo pregledali praktične vidike električnega močnega transformatorja in poskušali narisati vektorski diagram transformatorja v vsakem koraku. Kot smo rekli, v idealnem transformatorju ni izgub v jezgru transformatorja, torej je brezizgubno jezgro transformatorja. Vendar v praksi so v transformatorju histeretske in cirkulacijske izgube v jezgru transformatorja.

Teorija transformatorja brez opterečenja

Brez upornosti navijanja in brez izteka reaktivnosti

Razmislimo o enem električnem transformatorju z le jezgrskimi izgubami, kar pomeni, da ima samo jezgrske izgube, a ni izgub v bakru in ni izteka reaktivnosti transformatorja. Ko se na primarno stran postavi izmenični vir, bo ta vir zagotovil tok za magnetiziranje jezgra transformatorja.

Vendar ta tok ni dejanski tok za magnetiziranje; je nekoliko večji od dejanskega toka za magnetiziranje. Skupni tok, ki ga vir zagotavlja, ima dva komponenta, eden je tok za magnetiziranje, ki je uporabljen samo za magnetiziranje jezgra, in drug komponenta toka iz vira je porabljena za kompenzacijo jezgrskih izgub v transformatorju.

Zaradi tega komponenta jezgrskih izgub, tok iz vira v transformatorju brez opterečenja, ki ga vir zagotavlja, ni točno pri 90° zamik glede na napetost viru, ampak je zamaknjen za kot θ, manjši od 90o. Če je skupni tok, ki ga vir zagotavlja, Io, bo imel en komponent v fazi s virsko napetostjo V1 in ta komponent toka Iw je komponent jezgrskih izgub.

Ta komponent je vzet v fazi s virsko napetostjo, ker je povezan z aktivnimi ali delovnimi izgubami v transformatorju. Drug komponent toka iz vira je označen kot Iμ.

Ta komponent ustvarja izmenično magnetno tokovico v jezgru, zato je brezmočna; to pomeni, da je reaktivni del toka iz vira transformatorja. Zato bo Iμ v kvadraturi z V1 in v fazi z izmenično tokovico Φ. Torej, skupni primarni tok v transformatorju v stanju brez opterečenja lahko predstavimo kot:

Sedaj ste videli, kako je preprosto pojasniti teorijo transformatorja brez opterečenja.

Teorija transformatorja pod opterečenjem

Brez upornosti navijanja in z iztekom reaktivnosti

Sedaj bomo preučili obnašanje zgornjega transformatorja pod opterečenjem, kar pomeni, da je opterečenje povezano z sekundarnimi terminali. Predpostavimo, da ima transformator jezgrske izgube, a ni izgub v bakru in izteka reaktivnosti. Ko je opterečenje povezano z sekundarnim navijanjem, bo tok začel teči skozi opterečenje in sekundarno navijanje.

Ta opterečeni tok je odvisen od lastnosti opterečenja in sekundarne napetosti transformatorja. Ta tok se imenuje sekundarni tok ali opterečeni tok, tu je označen kot I2. Ker I2 teče skozi sekundarno navijanje, bo nastal sam MMF v sekundarnem navijanju. Tu je N2I2, kjer je N2 število obratov sekundarnega navijanja transformatorja.

Ta MMF ali magnetomotivna sila v sekundarnem navijanju ustvari tokovico φ2. Ta φ2 nasprotuje glavni magnetizirajoči tokovici in trenutno oslabi glavno tokovico in skuša zmanjšati samozračno inducirano emf E1. Če E1 pada pod primarno virsko napetost V1, bo tekla dodatna struja iz vira v primarno navijanje.

Ta dodatna primarna struja I2′ ustvari dodatno tokovico φ′ v jezgru, ki neutralizira sekundarno nasprotno tokovico φ2. Torej glavna magnetizirajoča tokovica jezgra, Φ, ostane nespremenjena, ne glede na opterečenje. Skupni tok, ki ga transformator iz vira povleče, se lahko razdeli na dva komponenta.

Prvi je uporabljen za magnetiziranje jezgra in kompenzacijo jezgrskih izgub, to je Io. To je komponenta brez opterečenja primarne struje. Drugi je uporabljen za kompenzacijo nasprotne tokovice sekundarnega navijanja. To se imenuje komponenta opterečenja primarne struje. Torej skupna primarna struja brez opterečenja I1 električnega močnega transformatorja, ki nima upornosti navijanja in izteka reaktivnosti, se lahko predstavi takole

Kjer je θ2 kot med sekundarno napetostjo in sekundarno strujo transformatorja.
Sedaj se bomo še bolj poglobili v praktične vidike transformatorja.

Teorija transformatorja pod opterečenjem, z upornim navijanjem, a brez izteka reaktivnosti

Sedaj upoštevajmo upornost navijanja transformatorja, a brez izteka reaktivnosti. Do zdaj smo razpravljali o transformatorju, ki ima idealna navijanja, to pomeni navijanja brez upornosti in izteka reaktivnosti, vendar zdaj bomo upoštevali transformator, ki ima notranjo upornost v navijanju, a brez izteka reaktivnosti. Ker so navijanja uporna, bi bil padec napetosti v navijanju.

Dokazali smo, da je skupna primarna struja iz vira pod opterečenjem I