اصول کار و مشخصات ترانس‌های مستقیم‌ساز

اصل کار ترانسفورماتورهای مستطیل‌ساز

اصل کار یک ترانسفورماتور مستطیل‌ساز مشابه با ترانسفورماتور معمولی است. ترانسفورماتور دستگاهی است که بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی ولتاژ جریان متناوب را تبدیل می‌کند. معمولاً یک ترانسفورماتور شامل دو پیچش الکتریکی جدا شده—پیچش اولیه و ثانویه—که دور یک هسته آهنی مشترک پیچیده شده‌اند، است. وقتی پیچش اولیه به منبع جریان متناوب متصل می‌شود، جریان متناوب نیروی مغناطیسی تولید می‌کند که درون هسته آهنی بسته فلوکس مغناطیسی متغیر ایجاد می‌کند. این فلوکس متغیر هر دو پیچش را مرتبط می‌کند و یک ولتاژ جریان متناوب با فرکانس مشابه در پیچش ثانویه القاء می‌کند. نسبت ولتاژ بین پیچش‌های اولیه و ثانویه برابر با نسبت تعداد دور پیچش‌ها است. به عنوان مثال، اگر پیچش اولیه ۴۴۰ دور و پیچش ثانویه ۲۲۰ دور داشته باشد و ولتاژ ورودی ۲۲۰ V باشد، ولتاژ خروجی ۱۱۰ V خواهد بود. برخی ترانسفورماتورها ممکن است چندین پیچش ثانویه یا تاپ داشته باشند تا چندین ولتاژ خروجی ارائه دهند.

ویژگی‌های ترانسفورماتورهای مستطیل‌ساز

ترانسفورماتورهای مستطیل‌ساز با مستطیل‌سازها ترکیب می‌شوند تا سیستم‌های مستطیل‌ساز تشکیل دهند که انرژی جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کنند. این سیستم‌ها به عنوان منابع جریان مستقیم شایع‌ترین در کاربردهای صنعتی مدرن عمل می‌کنند و به طور گسترده در حوزه‌هایی مانند انتقال HVDC، تحریک الکتریکی، کارخانه‌های چاپگری، روکش‌زنی الکتریکی و الکترولیز استفاده می‌شوند.

طرف اولیه ترانسفورماتور مستطیل‌ساز به شبکه جریان متناوب (طرف شبکه) متصل می‌شود، در حالی که طرف ثانویه به مستطیل‌ساز (طرف ولف) متصل می‌شود. اگرچه اصل ساختاری مشابه با ترانسفورماتور استاندارد است، اما بار منحصر به فرد—یعنی مستطیل‌ساز—ویژگی‌های خاصی به آن می‌بخشد:

• فرم‌های موجی غیرسینوسی جریان: در مدار مستطیل‌ساز، هر بازو به طور متناوب در طول یک چرخه رسانا می‌شود و زمان رسانایی فقط بخشی از چرخه را در بر می‌گیرد. بنابراین، فرم موجی جریان عبوری از بازوهای مستطیل‌ساز سینوسی نیست بلکه شبیه موج مستطیلی ناپیوسته است. در نتیجه، فرم‌های موجی جریان در هر دو پیچش اولیه و ثانویه غیرسینوسی هستند. شکل فرم موجی جریان را در مستطیل‌ساز پل سه‌فاز با اتصال YN نشان می‌دهد. وقتی از مستطیل‌سازهای تایریستوری استفاده می‌شود، زاویه تأخیر اجرای بزرگتر موجب انتقال‌های تندتر جریان و افزایش محتوای هارمونیک می‌شود که منجر به افزایش ضایعات جریان دوگانه می‌شود. چون پیچش ثانویه فقط بخشی از چرخه رسانا است، استفاده از ترانسفورماتور مستطیل‌ساز کاهش می‌یابد. در مقایسه با ترانسفورماتورهای معمولی، ترانسفورماتورهای مستطیل‌ساز تحت شرایط قدرت مشابه معمولاً بزرگ‌تر و سنگین‌تر هستند.

• ظرفیت معادل: در یک ترانسفورماتور معمولی، قدرت در طرف اولیه و ثانویه برابر است (با نادیده گرفتن ضایعات) و ظرفیت اسمی ترانسفورماتور مربوط به قدرت هر یک از پیچش‌ها است. اما در ترانسفورماتور مستطیل‌ساز، به دلیل فرم‌های موجی غیرسینوسی جریان، قدرت ظاهری طرف اولیه و ثانویه ممکن است متفاوت باشد (به عنوان مثال، در مستطیل‌سازی نیم موج). بنابراین، ظرفیت ترانسفورماتور به عنوان میانگین قدرت ظاهری طرف اولیه و ثانویه تعریف می‌شود که ظرفیت معادل نامیده می‌شود و توسط S = (S₁ + S₂) / 2 محاسبه می‌شود، که در آن S₁ و S₂ قدرت‌های ظاهری پیچش‌های اولیه و ثانویه هستند.

• مقاومت در برابر خطا: مخالف ترانسفورماتورهای عمومی، ترانسفورماتورهای مستطیل‌ساز باید الزامات سختگیرانه‌ای را برای مقاومت مکانیکی در شرایط خطا برآورده کنند. اطمینان از پایداری دینامیکی در مواقع خطا یکی از نکات مهم در طراحی و تولید آنها است.