Arbejdsprincip og karakteristika af rektifiertransformatorer

Arbejdsprincip for rektifikatortransformatorer

Arbejdsprincippet for en rektifikatortransformator er det samme som for en konventionel transformator. En transformator er en enhed, der konverterer AC-spænding baseret på princippet om elektromagnetisk induktion. Typisk består en transformator af to elektrisk isolerede vindinger – primær- og sekundærvinding – slået rundt om en fælles jernkerne. Når primærvindingen er forbundet til en AC-strømkilde, genererer den vekslende strøm en magnetisk styrke, hvilket skaber en variabel magnetisk flod i den lukkede jernkerne. Denne ændringsflod forbinder begge vindinger, hvilket inducerer et AC-spænding med samme frekvens i sekundærvindingen. Forholdet mellem spændingerne i primær- og sekundærvindingen er lig med forholdet mellem deres antal omslag. For eksempel, hvis primærvindingen har 440 omslag og sekundærvindingen har 220 omslag med et input på 220 V, vil outputspændingen være 110 V. Nogle transformatorer kan have flere sekundærvindinger eller tappunkter for at give flere outputspændinger.

Egenskaber ved rektifikatortransformatorer

Rektifikatortransformatorer bruges sammen med rektifikatorer for at danne rektifikatorsystemer, der konverterer AC-strøm til DC-strøm. Disse systemer fungerer som de mest almindelige DC-strømkilder i moderne industrielle anvendelser og anvendes bredt i områder som HVDC-transmission, elektriske traktion, rullede, overfladebehandling og elektrolyse.

Primærside af en rektifikatortransformator forbinder til AC-nettet (net-side), mens sekundærside forbinder til rektifikatoren (ventil-side). Selvom strukturelt princip er lignende med en standardtransformator, giver den unikke last – nemlig rektifikatoren – specifikke egenskaber:

• Ikke-sinusformede strømformer: I en rektifikatorcirkuit føres hver arm alternativt under en cyklus, hvor ledningstid kun optager en del af cyklussen. Derfor er strømformen gennem rektifikatorarmene ikke sinusformet, men ligner en diskontinuerlig rektangulær bølge. Dette resulterer i, at strømformen i både primær- og sekundærvinding er ikke-sinusformet. Figuren viser strømformen i en trefasebrorektifikator med YN-forbindelse. Ved brug af thyristorrektifikatorer resulterer en større affyringsforsinkelsesvinkel i stejlere strømovergange og øget harmonisk indhold, hvilket fører til højere virvelstrømtab. Da sekundærvinding kun føres en del af cyklussen, er udnyttelsen af rektifikatortransformator reduceret. I forhold til konventionelle transformatorer er rektifikatortransformatorer typisk større og tungere under samme effektforhold.

• Ækvivalent effekt: I en konventionel transformator er effekten på primær- og sekundærside ens (bortset fra tab), og transformatorens nominale kapacitet svarer til effekten af enten vindings effekt. Imidlertid, i en rektifikatortransformator, pga. ikke-sinusformede strømformer, kan primær- og sekundærside synlige effekter variere (fx ved halv-bølge rektifikation). Derfor defineres transformatorens kapacitet som gennemsnittet af primær- og sekundærside synlige effekter, kendt som ækvivalent kapacitet, givet ved S = (S₁ + S₂) / 2, hvor S₁ og S₂ er de synlige effekter af primær- og sekundærvinding, hhv.

• Kortslutningsudholdenhed: I modsætning til alment anvendte transformatorer skal rektifikatortransformatorer opfylde strenge krav for mekanisk styrke under kortslutningsforhold. At sikre dynamisk stabilitet under kortslutninger er derfor en kritisk overvejelse i deres design og produktion.