Suoranmuunnoskappaleiden toimintaperiaate ja ominaisuudet

Suurentajan toimintaperiaate

Suurentajan toimintaperiaate on sama kuin perinteisellä muuntajalla. Muuntaja on laite, joka muuttaa vaihtovirtajännitteen pohjana olevan sähkömagneettisen induktioperiaatteen mukaisesti. Yleensä muuntaja koostuu kahdesta sähköisesti eristetystä kytkentästä – ensimmäisestä ja toisesta – jotka on kiertäytyneet ympäröidessä yhteistä rautaydinpyrstiä. Kun ensimmäinen kytkentä yhdistetään vaihtovirtalähdeeseen, vaihtovirta tuottaa magnetomotivoivan voiman, mikä luo vaihtelevan magneettivirtauksen suljetun rautaydinpyrstissä. Tämä muuttuva virtaus liittyy molempiin kytkentöihin, aiheuttaen saman taajuuden vaihtovirtajännitteen toisessa kytkentässä. Jännitteen suhde ensimmäisen ja toisen kytkennän välillä on yhtä suuri kuin niiden pyrstien määrän suhde. Esimerkiksi jos ensimmäisellä on 440 pyrstiä ja toisella 220 pyrstiä 220 V lähdetasona, ulosmenova jännite on 110 V. Joissakin muuntajissa voi olla useita toisiaan kytkentöjä tai nappeja tarjotakseen useita ulospainetta.

Suurentajien ominaisuudet

Suurentajia käytetään yhdessä suurennaimien kanssa muodostamaan suurentajasysteemejä, jotka muuntavat vaihtovirran jannitteen suoraan virtaksi. Nämä systeemit ovat yleisimpinä DC-energialähteinä nykyaikaisissa teollisuussovelluksissa ja ne käytetään laajasti HVDC-siirrossa, sähköveturissa, raaka-aitteissa, elektrolyysissa ja elektrolyysissä.

Suurentajan ensimmäinen puoli yhdistetään vaihtovirtaverkkoon (verkkopuoli), kun taas toinen puoli yhdistetään suurentimeen (venttiilipuoli). Vaikka rakenteellinen periaate on samankaltainen kuin tavallisella muuntajalla, ainutlaatuinen kuorma – nimittäin suurentin – antaa tiettyjä ominaispiirteitä:

• Ei-sinusoidaaliset virranmuodot: Suurentajissa kussakin käsivarressa johtaa vuorotellen syklissä, johtamisaika vie vain osan syklistä. Tämän seurauksena virranmuoto suurentajankäsivarsiin ei ole sinusoidaali, vaan se muistuttaa epäjatkuvaa neliömäistä aaltoa. Seurauksena virranmuodot sekä ensimmäisessä että toisessa kytkennässä ovat ei-sinusoidaalisia. Kuva havainnollistaa virranmuotoa kolmivaiheisessa silta-suurentimessa YN-yhteydessä. Thyristori-suurentimien käytössä suurempi lähtöviive kulma aiheuttaa jyrkempiä virransiirtymiä ja lisää harmonista sisältöä, mikä johtaa korkeampiin kiertyvävirtahäviöihin. Koska toinen kytkentä johtaa vain osan syklisestä, suurentajan hyödyntäminen vähenee. Samojen tehokkaiden ehtojen alla suurentajat ovat yleensä suurempia ja painavampia verrattuna tavallisiin muuntajiin.

• Yhtäläinen tehonarvo: Perinteisessä muuntajassa ensimmäisen ja toisen puolen teho on yhtä suuri (hukkaset sivuutetaan), ja muuntajan asetettu kapasiteetti vastaa jommankumman kytkennän tehoa. Kuitenkin suurentajissa, ei-sinusoidaalisten virranmuotojen takia, ensimmäisen ja toisen näennäisteon saattavat poiketa (esim. puolisyklin suurentamisessa). Siksi muuntajan kapasiteetti määritellään ensimmäisen ja toisen näennäistehon keskiarvona, tunnettuina yhtäläisenä kapasiteettina, S = (S₁ + S₂) / 2, missä S₁ ja S₂ ovat ensimmäisen ja toisen kytkennän näennäisteho.

• Lyhytsulkukestävyys: Toisin kuin yleiskäyttöiset muuntajat, suurentajien on täytettävä tiukat mekaanisen vahvuuden vaatimukset lyhytsulkutilanteissa. Lyhytsulkujen aikana dynaaminen vakaus on siksi olennainen huomio niiden suunnittelussa ja valmistuksessa.