Теорія роботи трансформатора при навантаженні та без навантаження

Ми обговорили теорію ідеального трансформатора для кращого розуміння фактичної елементарної теорії трансформатора. Тепер ми розглянемо практичні аспекти електричного трансформатора поетапно і спробуємо накреслити векторну діаграму трансформатора на кожному кроці. Як ми вже сказали, у ідеальному трансформаторі немає втрат в серцевині, тобто він безвтратний. Але в практичному трансформаторі є гістерезисні та витрати на вихрові струми в серцевині трансформатора.

Теорія трансформатора при відсутності навантаження

Без опору обмоток та без витоків протікання

Розглянемо один електричний трансформатор, який має лише втрати в серцевині, тобто він має лише втрати в серцевині, але не має втрат меді та витоків протікання трансформатора. Коли до первинної обмотки підключається черговий джерело, це джерело буде забезпечувати струм для намагнічування серцевини трансформатора.

Але цей струм не є справжнім намагнічуючим струмом; він трохи більший за справжній намагнічуючий струм. Загальний струм, забезпечений джерелом, складається з двох компонентів: один — це намагнічуючий струм, який просто використовується для намагнічування серцевини, а інший компонент струму джерела використовується для компенсації втрат в серцевині трансформатора.

Завдяки цьому компоненту втрат, струм джерела в трансформаторі без навантаження не відстає від напруги живлення на 90°, а відстає на кут θ, який менший за 90o. Якщо загальний струм, забезпечений джерелом, становить Io, він матиме один компонент, який знаходиться в фазі з напругою живлення V1, і цей компонент струму Iw є компонентом втрат.

Цей компонент береться в фазі з напругою джерела, оскільки він пов'язаний з активними або робочими втратами в трансформаторах. Інший компонент струму джерела позначається як Iμ.

Цей компонент створює черговий магнітний потік в серцевині, тому він не використовує енергію; це реактивна частина струму джерела трансформатора. Тому Iμ буде в квадратурі з V1 і в фазі з черговим потоком Ф. Тому загальний первинний струм в трансформаторі при відсутності навантаження можна представити так:

Тепер ви бачите, наскільки просто пояснити теорію трансформатора при відсутності навантаження.

Теорія трансформатора при навантаженні

Без опору обмоток та витоків протікання

Тепер ми розглянемо поведінку вищезазначеного трансформатора при навантаженні, тобто коли навантаження підключене до вторинних контактів. Розглянемо трансформатор, який має втрати в серцевині, але не має втрат меді та витоків протікання. Коли навантаження підключене до вторинної обмотки, струм навантаження почне пройходити через навантаження, а також через вторинну обмотку.

Цей струм навантаження залежить лише від характеристик навантаження та вторинної напруги трансформатора. Цей струм називається вторинним струмом або струмом навантаження, тут він позначений як I2. Оскільки I2 проходить через вторинну обмотку, створюється самоспротилежний ММФ у вторинній обмотці. Тут це N2I2, де N2 — кількість витків вторинної обмотки трансформатора.

Цей ММФ або магнітомотивна сила у вторинній обмотці створює потік φ2. Цей φ2 протистоять основному намагнічуючому потоку, на мить послаблюють основний потік і намагаються зменшити первинну самовикликану ЕДС E1. Якщо E1 опускається нижче первинної напруги живлення V1, буде пройходити додатковий струм від джерела до первинної обмотки.

Цей додатковий первинний струм I2′ створює додатковий потік φ′ в серцевині, який нейтралізує вторинний протилежний потік φ2. Тому основний намагнічуючий потік серцевини, Ф, залишається незмінним незалежно від навантаження. Отже, загальний струм, який трансформатор отримує від джерела, можна поділити на два компоненти.

Перший компонент використовується для намагнічування серцевини та компенсації втрат в серцевині, тобто Io. Це компонент первинного струму без навантаження. Другий компонент використовується для компенсації протилежного потоку вторинної обмотки. Він відомий як компонент первинного струму при навантаженні. Тому загальний первинний струм I1 електричного трансформатора, який не має опору обмоток та витків протікання, можна представити наступним чином:

де θ2 — кут між вторинною напругою та вторинним струмом трансформатора.
Тепер ми перейдемо до більш практичного аспекту трансформатора.

Теорія трансформатора при навантаженні, з опорними обмотками, але без витоків протікання

Тепер розглянемо опір обмоток трансформатора, але без витків протікання. До цього моменту ми обговорювали трансформатор, який має ідеальні обмотки, тобто обмотки без опору та витків протікання, але тепер ми розглянемо трансформатор, який має внутрішній опір в обмотках, але без витків протікання. Оскі