Λειτουργικό Αρχή και Χαρακτηριστικά των Ορθογωνίων Μετατροπέας

Λειτουργικό Αρχή των Τρανσφορματόρων Ορθογωνίου

Η λειτουργική αρχή ενός τρανσφορματόρα ορθογωνίου είναι η ίδια με εκείνη ενός συνηθισμένου τρανσφορματόρα. Ο τρανσφορματόρας είναι ένα συστηματικό όργανο που μετατρέπει την εναλλακτική (AC) τάση με βάση την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Συνήθως, ο τρανσφορματόρας αποτελείται από δύο ηλεκτρικά απομονωμένες πλεξίδες – την πρωτεύουσα και την δευτερεύουσα – που είναι εντελώς περιελκμένες γύρω από έναν κοινό σίδερο. Όταν η πρωτεύουσα πλεξίδα είναι συνδεδεμένη με μια πηγή εναλλακτικής ρεύματος, το εναλλακτικό ρεύμα παράγει μια μαγνητοκινητή δύναμη, παράγοντας μια μεταβαλλόμενη μαγνητική φλεξ στον κλειστό σίδερο. Αυτή η μεταβαλλόμενη φλεξ συνδέεται με και τις δύο πλεξίδες, επιτρέποντας την επαγωγή μιας εναλλακτικής τάσης της ίδιας συχνότητας στην δευτερεύουσα πλεξίδα. Η αναλογία τάσης μεταξύ της πρωτεύουσας και της δευτερεύουσας πλεξίδας είναι ίση με την αναλογία των στροφών. Για παράδειγμα, αν η πρωτεύουσα έχει 440 στροφές και η δευτερεύουσα 220 στροφές με είσοδο 220 V, η εξόδος τάσης θα είναι 110 V. Κάποιοι τρανσφορματόρες μπορεί να έχουν πολλαπλές δευτερεύουσες πλεξίδες ή παρεμβολές για να παρέχουν πολλαπλές εξόδους τάσης.

Χαρακτηριστικά των Τρανσφορματόρων Ορθογωνίου

Οι τρανσφορματόρες ορθογωνίου χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ορθογωνίους για τη δημιουργία συστημάτων ορθογωνίου, οι οποίοι μετατρέπουν την εναλλακτική (AC) ενέργεια σε συνεχή (DC) ενέργεια. Αυτά τα συστήματα αποτελούν τις πιο συνηθισμένες πηγές συνεχούς ενέργειας σε σύγχρονες βιομηχανικές εφαρμογές και χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως η μεταφορά συνεχούς υψηλής τάσης (HVDC), η ηλεκτρική τράνσιτ, οι χάλυβα, η επικάλυψη και η ηλεκτρόλυση.

Η πρωτεύουσα πλευρά ενός τρανσφορματόρα ορθογωνίου συνδέεται με το δίκτυο εναλλακτικής (πλευρά δικτύου), ενώ η δευτερεύουσα πλευρά συνδέεται με τον ορθογωνιούχο (πλευρά κλάπανα). Παρόλο που η δομική αρχή είναι παρόμοια με εκείνη ενός στανδαρδικού τρανσφορματόρα, η μοναδική φορτία - δηλαδή ο ορθογωνιούχος - δίνει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά:

• Μη ημιτονοειδής Ρυθμός Ρεύματος: Σε ένα σύστημα ορθογωνίου, κάθε χείρα διαμονοποιεί εναλλακτικά κατά τη διάρκεια ενός κύκλου, με τον χρόνο διαμονοποίησης να αντιπροσωπεύει μόνο μέρος του κύκλου. Ως αποτέλεσμα, ο ρυθμός ρεύματος μέσω των χειρών του ορθογωνίου δεν είναι ημιτονοειδής, αλλά μοιάζει με έναν διακοπτόμενο ορθογωνιακό κύμα. Συνεπώς, οι ρυθμοί ρεύματος στις πρωτεύουσα και δευτερεύουσα πλεξίδες είναι μη ημιτονοειδείς. Το σχήμα απεικονίζει τον ρυθμό ρεύματος σε ένα τριφασικό γεφυρωτό ορθογωνίου με σύνδεση YN. Όταν χρησιμοποιούνται θυρίστορ ορθογωνίου, ένα μεγαλύτερο χρονικό καθυστέρημα εκκίνησης οδηγεί σε πιο ξαφνικές μεταβολές ρεύματος και αυξημένο περιεχόμενο αρμονικών, που οδηγεί σε υψηλότερες απώλειες εδαφικών ρευμάτων. Επειδή η δευτερεύουσα πλεξίδα διαμονοποιεί μόνο μέρος του κύκλου, η αξιοποίηση του τρανσφορματόρα ορθογωνίου μειώνεται. Σε σύγκριση με τους συνηθισμένους τρανσφορματόρες, οι τρανσφορματόρες ορθογωνίου είναι συνήθως μεγαλύτεροι και βαρύτεροι υπό τις ίδιες συνθήκες παραγωγής ενέργειας.

• Ισοδύναμη Δύναμη: Σε έναν συνηθισμένο τρανσφορματόρα, η δύναμη στην πρωτεύουσα και δευτερεύουσα πλευρά είναι ίση (αγνοώντας τις απώλειες), και η δυνατότητα του τρανσφορματόρα αντιστοιχεί στη δύναμη είτε της πρωτεύουσας είτε της δευτερεύουσας πλεξίδας. Ωστόσο, σε έναν τρανσφορματόρα ορθογωνίου, λόγω των μη ημιτονοειδών ρυθμών ρεύματος, οι φαινομενικές δυνάμεις στην πρωτεύουσα και δευτερεύουσα πλευρά μπορεί να διαφέρουν (π.χ., σε μισοκύκλιο ορθογωνίο). Συνεπώς, η δυνατότητα του τρανσφορματόρα ορίζεται ως το μέσο των φαινομενικών δυνάμεων της πρωτεύουσας και δευτερεύουσας πλεξίδας, γνωστή ως ισοδύναμη δύναμη, δοθείσα από S = (S₁ + S₂) / 2, όπου S₁ και S₂ είναι οι φαινομενικές δυνάμεις της πρωτεύουσας και δευτερεύουσας πλεξίδας, αντίστοιχα.

• Αντοχή σε Σύντομη Σύνδεση: Σε αντίθεση με τους γενικού χρήσης τρανσφορματόρες, οι τρανσφορματόρες ορθογωνίου πρέπει να πληρούν αυστηρά πρότυπα μηχανικής αντοχής κατά τη διάρκεια συνθήκης σύντομης σύνδεσης. Η εξασφάλιση δυναμικής σταθερότητας κατά τη διάρκεια σύντομης σύνδεσης είναι ένα κρίσιμο στοιχείο στο σχεδιασμό και την κατασκευή τους.