Náhradní schema transformátoru Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Použitá označení a symboly: R1 - odpor primárního vinutí R21 - odpor sekundárního vinutí přepočtený na primár RFe - odpor představující činné ztráty v železe Xσ1 - reaktance primárního vinutí Xσ21 - reaktance sekundáru, přepočtená na primár Xμ - reaktance vzájemné indukčnosti U1 - napětí na primárním vinutí Ui1 - indukované napětí v primírním vinutí Ui21 - napětí indukované v sekundárním vinutí, přepočtené na primár I1 - proud tekoucí primárním vinutím I - proud magnetizační IFe - činný proud kryjící ztráty v železe ΔP0 - ztráty naprázdno ΔPFe - ztráty v železe Δq - měrné ztráty činné v železe Δp - měrný magnetizační (jalový) příkon v železa

Proud naprázdno – při chodu transformátoru naprázdno, tj Proud naprázdno – při chodu transformátoru naprázdno, tj. s rozpojeným sekundárním vinutím odebírá transformátor primárním vinutím ze sítě stálý proud, která má dvě složky. Činnou složku proudu IFe a jalovou složku proudu I . Magnetizační proud – nazývá se též jalový proud. Slouží pro vybuzení magnetického toku  v magnetickém obvodu transformátoru (pleších) a je ve fázi s tímto tokem. V náhradním schematu je tento prou nakreslen tak, jako by procházel vinutím s reaktanci X, která představuje vzájemnou indukčnost a je fiktivní veličinou. Vypočteme ji ze vztahu Velikost magnetizačního proudu lze určit pro magnetický obvod o hmotnosti m ze vztahu pro tzv. magnetizační příkon kde q lze určit z grafů, udávaných výrobci trafoplechů.

Ztrátový proud – je činnou složkou proudu naprázdno Ztrátový proud – je činnou složkou proudu naprázdno. Při střídavé magnetizaci vznikají v magnetickém obvodu ztráty  PFe ,které se skládají ze ztrát hysterezních a ze ztrát způsobených vířivými proudy. Na jejich krytí musí transformátor odebírat ze sítě IFe, který vypočteme ze vztahu V náhradním schematu prochází tento proud fiktivním odporem, který představuje ztráty v železe a vypočteme jej ze vztahu Samotné ztráty v železe lze obdobně určit z hmotnosti magnetického obvodu a měrných ztrát p, které jsou rovněž udávané výrobci trafoplechů: PFe = m . p Jelikož velikost proudu I0 činí cca 10 % velikosti jmenovitého proudu, lze ztráty, způsobené proudem I1 = I0 na odporu vinutí zanedbat. Celkové ztráta při chodu trafa naprazdno jsou pak rovny ztrátám v železe P0 =  PFe

Náhradní schema transformátoru

Toto náhradní schéma lze popsat soustavou rovnic podle I. Kirchhoffova zákona pro body označené A: B : Podle II. Kirchhoffova zákona lze popsat smyčku I.: Z uvedených rovnic a náhradního schematu vyplývá, že proud tekoucí primárním vinutím je přímo proud naprázno I0. Efektívní hodnotu tohoto proudu vypočteme pomocí Pythagorovy věty: Napětí indukované v závitech civky je nižší o úbytky napětí na činném odporu a jalové reaktanci primárního vinutí oproti napětí napájecímu U1. Sekundární obvod je rozpojený , proud procházející sekundárem je nulový a tedy nezpůsobuje žádné úbytky napětí na činném odporu a reaktanci sekundárního vinutí. Proto platí, že napětí

Z uvedených rovnic lze sestrojit fázorový diagram transformátoru při chodu naprázdno.

Rýsujeme-li velikosti fázorů v měřítku, dostaneme reálný obraz o úhlovém posunu průvodičů proudu I1 a napětí U1 při chodu naprázdno. Označujeme jej 0. Z fázorového diagramu vidíme, že při chodu trafa naprázdno je tento úhel blízký 90o. Jeho kosinus je blízký nule. Z této skutečnosti vyplývá, že transformátor při chodu naprázdno odebírá převážně jalový výkon. Což je skutečnost, která v rozvodných sítích působí negativně, neboť snižuje účinnost přenosu energie. Rovněž výkon potřebný ke krytí činných ztrát odebírá trafo po připojení k síti trvale a tento výkon se maří formou chlazení do ovzduší. Z ekonomického hlediska je tedy chod trafa naprázdno nevýhodný.

K zopakování: Nakreslete náhradní schema transformátoru a popište je. Proč trafo bez zatížení odebírá ze sítě činný výkon? Nakreslete fázorový diagram při chodu naprázdno trafa.