(α) εξηγεί τη λειτουργία του μετασχηματιστή υπό φορτίο Λειτουργία μετασχηματιστών με φορτίο ΣΤΟΧΟΣ : Ο μαθητής να μπορεί να, (α) εξηγεί τη λειτουργία του μετασχηματιστή υπό φορτίο (β) σχεδιάζει το ανυσματικό διάγραμμα μετασχηματιστή υπό φορτίο (Ωμικό φορτίο) (γ) λύει προβλήματα για μετασχηματιστές που εργάζονται υπό φορτίο.

Φόρτιση μετασχηματιστή. Όταν συνδέσομε ένα καταναλωτή Κ στο δευτερεύον του μετασχηματιστή, που το πρωτεύον του τροφοδοτείται με σταθερή τάση U1, από το δευτερεύον τύλιγμα θα περάσει μια εναλλασσόμενη ένταση με ενδεικνυόμενη τιμή I2. Ταυτόχρονα η ένταση, την οποία το πρωτεύον απορροφά από το δίκτυο τροφοδοτήσεως, θα αυξηθεί αυτόματα από Ι0 σε Ι1. Αυτό οφείλεται στα φαινόμενα της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Τελικά την ισχύ, την οποία απορροφά ο καταναλωτής από το δευτερεύον τύλιγμα, μαζί με τις απώλειες του μετασχηματιστή, την δίνει το δίκτυο, που τροφοδοτεί το πρωτεύον τύλιγμα.

Χωρίς να επεκταθούμε περισσότερο, θα αναφέρομε μόνο, ότι στη φόρτιση του μετασχηματιστή η μαγνητική ροή Φμ, που περνά μέσα από τον πυρήνα μένει περίπου η ίδια, όση ήταν στη λειτουργία χωρίς φορτίο. Η Φμ εξαρτάται μόνο από τα κατασκευαστικά στοιχεία του μετασχηματιστή και όχι από τις συνθήκες φορτίσεώς του. Αυτό γίνεται, γιατί όταν η Ι0 γίνει Ι1 τα περισσότερα αμπερελίγματα του πρωτεύοντος του μετασχηματιστή εξουδετερώνονται από τα αντίθετα αμπερελίγματα, που δημιουργούνται από το δευτερεύον τύλιγμα λόγω της εντάσεως φορτίσεως Ι2 .

Σχέσεις μεταξύ εντάσεων και τάσεων. Αν μετρήσομε τις εντάσεις Ι1 και Ι2 , θα διαπιστώσαμε ότι με αρκετή προσέγγιση ισχύει η σχέση: ή Με προσέγγιση επίσης ισχύει και με φορτίο η σχέση, που είδαμε ότι ισχύει χωρίς φορτίο: ή Η προσέγγιση στις σχέσεις αυτές είναι τόσο μεγαλύτερη όσο οι απώλειες και οι ροές σκεδάσεως του μετασχηματιστή είναι μικρότερες. Δηλαδή σε ένα ιδανικό μετασχηματιστή, χωρίς απώλειες και σκεδάσεις, οι σχέσεις θα ίσχυαν απόλυτα.

Από τις παραπάνω σχέσεις βγάζομε το συμπέρασμα, ότι αν ένας μετασχηματιστής ανυψώνει την τάση στο δευτερεύον, θα υποβιβάζει με την ίδια περίπου σχέση την ένταση, που κυκλοφορεί σε αυτό. Επίσης, επειδή η πυκνότητα του ρεύματος πρέπει να είναι η ίδια στους αγωγούς και των δυο τυλιγμάτων, μπορούμε να πούμε, ότι: Το τύλιγμα χαμηλής τάσεως και μεγάλης εντάσεως έχει μικρό αριθμό σπειρών και αγωγό μεγάλης διατομής. Το τύλιγμα υψηλής τάσεως και χαμηλής εντάσεως έχει μεγάλο αριθμό σπειρών και αγωγό μικρής διατομής. Αν θεωρήσαμε αμελητέες τις απώλειες του μετασχηματιστή τότε η ισχύς P1 που απορροφά το πρωτεύον από το δίκτυο, είναι ίση περίπου με την ισχύ P2 που δίνει το δευτερεύον: P1 = P2 ή U1 Ι1 . συν φ1 = U2 . Ι2 . συν φ2 Έχομε όμως και Ι2 =Κ.Ι1 Άρα: και συνεπώς: συν φ1 = συν φ2 U2 . Ι2 = U1 . Ι1

Δηλαδή η φασική απόκλιση Φ1 μεταξύ τάσεως και εντάσεως του πρωτεύοντος του μετασχηματιστή είναι ίση περίπου με τη Φ2 που προκύπτει από το συντελεστή ισχύος του καταναλωτή (συν φ2 ). Περίπου ίση είναι και η φαινόμενη ισχύς του πρωτεύοντος (PS1 = U1 . Ι1 ) με τη φαινόμενη ισχύ του δευτερεύοντος (PS2 = U2 . Ι2 ) PS1= PS2

Παράδειγμα. Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής δίνει ένταση δευτερεύοντος Ι2 = 2Α με τάση U2 = 20 V, όταν η τάση του δικτύου τροφοδοτήσεως είναι U1 = 220 V. Ποια σύνθετη αντίσταση παρουσιάζει ο μετασχηματιστής αυτός στο δίκτυο τροφοδοτήσεως, αν θεωρηθούν αμελητέες οι απώλειες του; Λύση Η σύνθετη αντίσταση που ζητάμε είναι: Άρα: όπου: Κατά τη λύση του παραπάνω παραδείγματος προέκυψε η πολύ ενδιαφέρουσα σχέση ότι: Ζ1 = Κ2 . Ζ2 όπου: Ζ2 είναι η σύνθετη αντίσταση του καταναλωτή:

Όπως αναφέραμε, οι σχέσεις, που δώσαμε στην παράγραφο αυτή, είναι σχέσεις που ισχύουν με προσέγγιση. Τα πραγματικά μεγέθη διαφέρουν λίγο από εκείνα που προκύπτουν από τις σχέσεις αυτές. Δηλαδή μπορούμε να τις χρησιμοποιούμε όταν δεν υπάρχει ανάγκη μεγάλης ακρίβειας. Σημειώνομε επίσης ότι για τον ακριβή υπολογισμό των μεγεθών πρέπει να γίνει χρήση συνθέτων διανυσματικών διαγραμμάτων.

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ 1. Ένας μονοφασικός μετασχηματιστής έχει 100 στροφές στο πρωτεύον και 200 στροφές στο δευτερεύον τύλιγμα. Το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται σε παροχή τάσης 220V και το δευτερεύον τύλιγμα συνδέεται σε ωμικό φορτίο 160Ω. Να υπολογίσετε την τάση στο φορτίο, καθώς και τα ρεύματα στα δύο τυλίγματα.