Lý thuyết về biến áp trong điều kiện tải và không tải

Chúng ta đã thảo luận về lý thuyết của biến áp lý tưởng để hiểu rõ hơn về lý thuyết cơ bản thực tế của biến áp. Bây giờ, chúng ta sẽ đi qua từng khía cạnh thực tế của biến áp điện và cố gắng vẽ biểu đồ vectơ của biến áp ở mỗi bước. Như chúng ta đã nói, trong biến áp lý tưởng, không có tổn thất lõi biến áp, tức là lõi biến áp không có tổn thất. Nhưng trong biến áp thực tế, có tổn thất do hysteresis và dòng xoáy trong lõi biến áp.

Lý thuyết về Biến áp khi Không tải

Không có Kháng cuộn và Không có Dòng rò Rẽ nhánh

Hãy xem xét một biến áp điện chỉ có tổn thất lõi, nghĩa là, nó chỉ có tổn thất lõi nhưng không có tổn thất đồng và không có độ phản kháng rò rẽ nhánh của biến áp. Khi nguồn điện xoay chiều được áp dụng vào cuộn dây sơ cấp, nguồn sẽ cung cấp dòng điện để từ hóa lõi biến áp.

Nhưng dòng điện này không phải là dòng điện từ hóa thực sự; nó hơi lớn hơn dòng điện từ hóa thực sự. Tổng dòng điện được cung cấp từ nguồn có hai thành phần, một là dòng điện từ hóa chỉ được sử dụng để từ hóa lõi, và thành phần khác của dòng điện nguồn được tiêu thụ để bù đắp tổn thất lõi trong biến áp.

Do thành phần tổn thất lõi này, dòng điện nguồn trong biến áp khi không tải được cung cấp từ nguồn không chính xác là滞后角度小于90°，而是稍微滞后于电源电压。如果从电源提供的总电流为Io，它将有一个与电源电压V1同相的分量，这个电流分量Iw是铁芯损耗分量。 这部分电流与电源电压同相，因为它与变压器中的有功或工作损耗相关。电源电流的另一个分量表示为Iμ。 这个分量产生铁芯中的交变磁通，因此它是无功的；意味着它是变压器电源电流的无功部分。因此，Iμ将与V1正交并与交变磁通Φ同相。因此，在空载条件下变压器的总初级电流可以表示为： ```

Chúng ta đã thảo luận về lý thuyết của biến áp lý tưởng để hiểu rõ hơn về lý thuyết cơ bản thực tế của biến áp. Bây giờ, chúng ta sẽ đi qua từng khía cạnh thực tế của biến áp điện và cố gắng vẽ biểu đồ vectơ của biến áp ở mỗi bước. Như chúng ta đã nói, trong biến áp lý tưởng, không có tổn thất lõi biến áp, tức là lõi biến áp không có tổn thất. Nhưng trong biến áp thực tế, có tổn thất do hysteresis và dòng xoáy trong lõi biến áp.

Lý thuyết về Biến áp khi Không tải

Không có Kháng cuộn và Không có Dòng rò Rẽ nhánh

Hãy xem xét một biến áp điện chỉ có tổn thất lõi, nghĩa là, nó chỉ có tổn thất lõi nhưng không có tổn thất đồng và không có độ phản kháng rò rẽ nhánh của biến áp. Khi nguồn điện xoay chiều được áp dụng vào cuộn dây sơ cấp, nguồn sẽ cung cấp dòng điện để từ hóa lõi biến áp.

Nhưng dòng điện này không phải là dòng điện từ hóa thực sự; nó hơi lớn hơn dòng điện từ hóa thực sự. Tổng dòng điện được cung cấp từ nguồn có hai thành phần, một là dòng điện từ hóa chỉ được sử dụng để từ hóa lõi, và thành phần khác của dòng điện nguồn được tiêu thụ để bù đắp tổn thất lõi trong biến áp.

Do thành phần tổn thất lõi này, dòng điện nguồn trong biến áp khi không tải được cung cấp từ nguồn không chính xác là 90° chậm so với điện áp nguồn, mà nó chậm lại một góc θ nhỏ hơn 90°. Nếu tổng dòng điện được cung cấp từ nguồn là Io, nó sẽ có một thành phần cùng pha với điện áp nguồn V1 và thành phần này của dòng điện Iw là thành phần tổn thất lõi.

Thành phần này được lấy cùng pha với điện áp nguồn vì nó liên quan đến tổn thất hoạt động hoặc làm việc trong biến áp. Thành phần khác của dòng điện nguồn được ký hiệu là I_μ.

Thành phần này tạo ra từ thông giao thoa trong lõi, do đó nó không có công suất; nghĩa là nó là phần phản ứng của dòng điện nguồn biến áp. Do đó, I_μ sẽ vuông góc với V₁ và cùng pha với từ thông giao thoa Φ. Vì vậy, tổng dòng điện sơ cấp trong biến áp khi không tải có thể được biểu diễn như sau:

Bây giờ bạn đã thấy cách giải thích lý thuyết biến áp khi không tải là rất đơn giản.

Lý thuyết biến áp khi có tải

Không có điện trở cuộn dây và phản ứng rò rỉ

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét hành vi của biến áp nói trên khi có tải, nghĩa là tải được kết nối với các đầu cuối thứ cấp. Giả sử, một biến áp có tổn thất lõi nhưng không có tổn thất đồng và phản ứng rò rỉ. Khi một tải được kết nối với cuộn dây thứ cấp, dòng điện tải sẽ bắt đầu chảy qua tải cũng như cuộn dây thứ cấp.

Dòng điện tải này chỉ phụ thuộc vào đặc tính của tải và cũng phụ thuộc vào điện áp thứ cấp của biến áp. Dòng điện này được gọi là dòng điện thứ cấp hoặc dòng điện tải, ở đây nó được ký hiệu là I2. Khi I2 chảy qua cuộn dây thứ cấp, một MMF tự trong cuộn dây thứ cấp sẽ được tạo ra. Ở đây, nó là N2I2, trong đó, N2 là số vòng của cuộn dây thứ cấp của biến áp.

MMF hoặc lực từ động trong cuộn dây thứ cấp tạo ra thông lượng φ2. Thông lượng φ2 này sẽ chống lại thông lượng từ hóa chính và tạm thời làm yếu thông lượng chính và cố gắng giảm điện áp tự cảm E1 của cuộn dây sơ cấp. Nếu E1 giảm xuống dưới điện áp nguồn sơ cấp V1, sẽ có dòng điện bổ sung chảy từ nguồn đến cuộn dây sơ cấp.

Dòng điện sơ cấp bổ sung I2′ này tạo ra thông lượng bổ sung φ′ trong lõi sẽ trung hòa thông lượng phản đối φ2 của cuộn dây thứ cấp. Do đó, thông lượng từ hóa chính của lõi, Φ không thay đổi bất kể tải. Vì vậy, tổng dòng điện mà biến áp rút từ nguồn có thể được chia thành hai thành phần.

Thành phần đầu tiên được sử dụng để từ hóa lõi và bù đắp tổn thất lõi, tức là Io. Đây là thành phần không tải của dòng điện sơ cấp. Thành phần thứ hai được sử dụng để bù đắp thông lượng phản đối của cuộn dây thứ cấp. Nó được gọi là thành phần tải của dòng điện sơ cấp. Do đó, tổng dòng điện sơ cấp không tải I1 của biến áp điện có không có điện trở cuộn dây và kháng rò có thể được biểu diễn như sau

Trong đó θ2 là góc giữa Điện áp thứ cấp và Dòng điện thứ cấp của biến áp.
Bây giờ chúng ta sẽ tiếp tục một bước nữa về khía cạnh thực tế hơn của biến áp.

Lý thuyết về Biến áp khi có Tải, với Cuộn dây Dẫn điện, nhưng Không có Kháng rò

Bây giờ, hãy xem xét điện trở cuộn dây của biến áp nhưng không có kháng rò. Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về biến áp có cuộn dây lý tưởng, nghĩa là cuộn dây không có điện trở và kháng rò, nhưng bây giờ chúng ta sẽ xem xét một biến áp có điện trở nội bộ trong cuộn dây nhưng không có kháng rò. Vì cuộn dây là dẫn điện, sẽ có sự sụt áp trong cuộn dây.

Chúng ta đã chứng minh trước đó rằng, dòng điện sơ cấp tổng cộng từ nguồn khi tải là I1. Giảm áp trong cuộn dây sơ cấp với điện trở R1 là R1I1. Rõ ràng, điện áp cảm ứng qua cuộn dây sơ cấp E1 không chính xác bằng điện áp nguồn V1. E1 nhỏ hơn V1 bởi giảm áp I1R1.

Trong trường hợp của phía thứ cấp, điện áp cảm ứng qua cuộn dây thứ cấp, E2 không hoàn toàn xuất hiện trên tải do nó cũng giảm đi một lượng I2R2, trong đó R2 là điện trở cuộn dây thứ cấp và I2 là dòng điện thứ cấp hoặc dòng điện tải.

Tương tự, phương trình điện áp của phía thứ cấp của biến áp sẽ là:

Lý thuyết về biến áp khi có tải, với điện trở cũng như độ phản kháng rò rỉ

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét tình huống khi có độ phản kháng rò rỉ của biến áp cũng như điện trở cuộn dây của biến áp.

Giả sử độ phản kháng rò rỉ của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của biến áp là X1 và X2 tương ứng. Do đó tổng độ cản của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của biến áp với điện trở R1 và R2 tương ứng có thể được biểu diễn như sau,

Chúng ta đã xác định phương trình điện áp của một biến áp khi có tải, chỉ với điện trở trong cuộn dây, nơi mà sự giảm điện áp trong cuộn dây chỉ xảy ra do giảm điện áp do điện trở.

Nhưng khi chúng ta xem xét độ phản kháng rò rỉ của cuộn dây biến áp, sự giảm điện áp xảy ra trong cuộn dây không chỉ do điện trở mà còn do độ cản của cuộn dây biến áp. Do đó, phương trình điện áp thực tế của biến áp có thể dễ dàng được xác định bằng cách thay thế điện trở R1 & R2 trong các phương trình điện áp đã xác định trước đó bằng Z1 và Z2.

Do đó, các phương trình điện áp là,

Giảm điện trở theo hướng của vector dòng điện. Nhưng giảm phản ứng sẽ vuông góc với vector dòng điện như được hiển thị trong sơ đồ vector của biến áp ở trên.

Tuyên bố: Trân trọng nguyên bản, bài viết tốt xứng đáng được chia sẻ, nếu có vi phạm quyền riêng tu vui lòng liên hệ để xóa.