Principio de Funcionamiento y Características de los Transformadores Rectificadores

Principio de Funcionamiento de los Transformadores Rectificadores

El principio de funcionamiento de un transformador rectificador es el mismo que el de un transformador convencional. Un transformador es un dispositivo que convierte el voltaje CA basándose en el principio de la inducción electromagnética. Generalmente, un transformador consta de dos devanados eléctricamente aislados, primario y secundario, enrollados alrededor de un núcleo de hierro común. Cuando el devanado primario se conecta a una fuente de alimentación CA, la corriente alterna genera una fuerza magnetomotriz, produciendo un flujo magnético variable dentro del núcleo de hierro cerrado. Este flujo cambiante enlaza ambos devanados, induciendo un voltaje CA de la misma frecuencia en el devanado secundario. La relación de voltajes entre los devanados primario y secundario es igual a su relación de espiras. Por ejemplo, si el primario tiene 440 espiras y el secundario tiene 220 espiras con una entrada de 220 V, la salida será de 110 V. Algunos transformadores pueden tener múltiples devanados secundarios o tomas para proporcionar varios voltajes de salida.

Características de los Transformadores Rectificadores

Los transformadores rectificadores se utilizan junto con rectificadores para formar sistemas rectificadores, que convierten la energía CA en CC. Estos sistemas son las fuentes de alimentación CC más comunes en aplicaciones industriales modernas y se utilizan ampliamente en áreas como la transmisión HVDC, tracción eléctrica, laminadores, electrochapado y electrolisis.

El lado primario de un transformador rectificador se conecta a la red eléctrica AC (lado de la red), mientras que el lado secundario se conecta al rectificador (lado de la válvula). Aunque el principio estructural es similar al de un transformador estándar, la carga única, es decir, el rectificador, confiere características específicas:

• Ondas de Corriente No Sinusoidales: En un circuito rectificador, cada brazo conduce alternativamente durante un ciclo, con el tiempo de conducción ocupando solo una parte del ciclo. Como resultado, la onda de corriente a través de los brazos del rectificador no es sinusoidal, sino que se asemeja a una onda rectangular discontinua. Por lo tanto, las ondas de corriente en ambos devanados, primario y secundario, son no sinusoidales. La figura ilustra la onda de corriente en un rectificador puente trifásico con conexión YN. Cuando se usan rectificadores de tiristores, un mayor ángulo de disparo resulta en transiciones de corriente más abruptas y un contenido armónico mayor, lo que lleva a pérdidas por corrientes de Foucault mayores. Dado que el devanado secundario conduce solo parte del ciclo, la utilización del transformador rectificador se reduce. En comparación con los transformadores convencionales, los transformadores rectificadores son generalmente más grandes y pesados bajo las mismas condiciones de potencia.

• Potencia Aparente Equivalente: En un transformador convencional, la potencia en los lados primario y secundario es igual (despreciando las pérdidas), y la capacidad nominal del transformador corresponde a la potencia de cualquiera de los devanados. Sin embargo, en un transformador rectificador, debido a las ondas de corriente no sinusoidales, las potencias aparentes primaria y secundaria pueden diferir (por ejemplo, en la rectificación de media onda). Por lo tanto, la capacidad del transformador se define como el promedio de las potencias aparentes primaria y secundaria, conocida como la capacidad equivalente, dada por S = (S₁ + S₂) / 2, donde S₁ y S₂ son las potencias aparentes de los devanados primario y secundario, respectivamente.

• Capacidad de Resistencia a Cortocircuitos: A diferencia de los transformadores de uso general, los transformadores rectificadores deben cumplir con requisitos estrictos de resistencia mecánica en condiciones de cortocircuito. Garantizar la estabilidad dinámica durante los cortocircuitos es, por lo tanto, una consideración crítica en su diseño y fabricación.