Teorija transformatora pri radu pod opterećenjem i bez opterećenja

Razgovarali smo o teoriji idealnog transformatora kako bismo bolje razumeli stvarnu elementarnu teoriju transformatora. Sada ćemo korak po korak proći kroz praktične aspekte električnog transformatora i pokušati nacrtati vektorski dijagram transformatora u svakom koraku. Kao što smo rekli, u idealnom transformatoru nema gubitaka u jezgru transformatora, tj. jezgro je bez gubitaka. Međutim, u praktičnom transformatoru postoje gubitci histerize i strujnih vrtlova u jezgru transformatora.

Teorija transformatora bez opterećenja

Bez otpora navijanja i bez izbegačkog reaktansa

Uzmimo u obzir jedan električni transformator sa samo gubitcima u jezgru, što znači da ima samo gubitke u jezgru, ali nema gubitke bakra i nema izbegački reaktans transformatora. Kada se na primarni del transformatora primeni izmenični izvor, taj izvor će pružiti struju za magnetizaciju jezgra transformatora.

Ali ova struja nije zapravo magnetizacijska struja; ona je malo veća od stvarne magnetizacijske struje. Ukupna struja koja se isporučuje iz izvora ima dve komponente, jedna je magnetizacijska struja koja se koristi samo za magnetizaciju jezgra, a druga komponenta izvorne struje se troši za kompenzaciju gubitaka u jezgru transformatora.

Zbog ove komponente gubitaka, izvorna struja u transformatoru bez opterećenja uslova, koja se isporučuje iz izvora, nije tačno pod uglom od 90° zakasnjenja u odnosu na naponsku struju, već je zakasnjena pod uglom θ manjim od 90o. Ako je ukupna struja isporučena iz izvora Io, ona će imati jednu komponentu u fazi sa izvornom naponskom strujom V1, a ova komponenta struje Iw je komponenta gubitaka u jezgru.

Ova komponenta se uzima u fazi sa izvornom naponskom strujom jer je povezana sa aktivnim ili radnim gubitcima u transformatoru. Druga komponenta izvorne struje označena je kao Iμ.

Ova komponenta proizvodi izmenični magnetni fluks u jezgru, tako da je bezzapreminski; to znači da je reaktivni deo izvorne struje transformatora. Stoga će Iμ biti u kvadraturi sa V1 i u fazi sa izmeničnim fluksom Φ. Stoga, ukupna primarna struja u transformatoru u uslovima bez opterećenja može biti predstavljena kao:

Sada ste videli kako je jednostavno objasniti teoriju transformatora bez opterećenja.

Teorija transformatora pod opterećenjem

Bez otpora navijanja i s izbegačkim reaktansom

Sada ćemo ispitati ponašanje gore navedenog transformatora pod opterećenjem, što znači da je opterećenje povezano sa sekundarnim terminalima. Uzmimo u obzir transformator sa gubitcima u jezgru, ali bez gubitaka bakra i izbegačkog reaktansa. Kada se opterećenje poveže sa sekundarnim navijanjem, struja opterećenja počinjat će da teče kroz opterećenje, kao i kroz sekundarno navijanje.

Ova struja opterećenja zavisi isključivo od karakteristika opterećenja i sekundarnog napona transformatora. Ova struja se naziva sekundarna struja ili struja opterećenja, ovdje je označena kao I2. Pošto I2 teče kroz sekundarno navijanje, proizvede se sam MMF u sekundarnom navijanju. Ovdje je N2I2, gde je N2 broj zavojnica sekundarnog navijanja transformatora.

Ovaj MMF ili magnetna snaga u sekundarnom navijanju proizvodi fluks φ2. Ovaj φ2 suprotstavlja glavnom magnetnom fluksu i privremeno oslabljava glavni fluks i pokušava da smanji primarni samopokretni emf E1. Ako E1 padne ispod primarnog izvornog napona V1, dobit će se dodatna struja koja teče iz izvora ka primarnom navijanju.

Ova dodatna primarna struja I2′ proizvodi dodatni fluks φ′ u jezgru koji neutralizuje sekundarni kontrafluks φ2. Stoga glavni magnetni fluks jezgra, Φ ostaje nepromenjen nezavisno od opterećenja. Dakle, ukupna struja koju ovaj transformator isporučuje iz izvora može se podeliti u dve komponente.

Prva se koristi za magnetizaciju jezgra i kompenzaciju gubitaka u jezgru, tj. Io. To je komponenta bez opterećenja primarne struje. Druga se koristi za kompenzaciju kontrafluksa sekundarnog navijanja. Poznata je kao komponenta opterećenja primarne struje. Stoga se ukupna primarna struja bez opterećenja I1 električnog transformatora bez otpora navijanja i izbegačkog reaktansa može predstaviti na sledeći način:

Gdje je θ2 ugao između sekundarnog napona i sekundarne struje transformatora.
Sada ćemo dalje korak za još praktičniji aspekt transformatora.

Teorija transformatora pod opterećenjem, sa otpornim navijanjem, ali bez izbegačkog reaktansa

Sada, uzmimo u obzir otpor navijanja transformatora, ali bez izbegačkog reaktansa. Do sada smo govorili o transformatoru koji ima idealna navijanja, tj. navijanja bez otpora i izbegačkog reaktansa, ali sada ćemo razmotriti transformator koji ima unutrašnji otpor u navijanju, ali bez izbegačkog reaktansa. Budući da su navijanja otporna, dobit će se pad napona u navijanjima.

Već smo dokazali ranije da je ukupna primarna struja iz