Principio de funcionamento e características dos transformadores rectificadores

Principio de funcionamento dos transformadores rectificadores

O principio de funcionamento dun transformador rectificador é o mesmo que o dun transformador convencional. Un transformador é un dispositivo que converte a tensión AC baseándose no principio da indución electromagnética. Tipicamente, un transformador consiste en dúas bobinas eléctricamente aisladas—a primaria e a secundaria—enroscadas arredor dun núcleo de ferro común. Cando a bobina primaria está conectada a unha fonte de enerxía AC, a corrente alternativa xera unha forza magnetomotriz, producindo un fluxo magnético variable dentro do núcleo de ferro pechado. Este fluxo cambiante liga ambas as bobinas, inducindo unha tensión AC da mesma frecuencia na bobina secundaria. A relación de tensión entre as bobinas primaria e secundaria é igual á súa relación de espiras. Por exemplo, se a primaria ten 440 espiras e a secundaria ten 220 espiras cunha entrada de 220 V, a tensión de saída será de 110 V. Algúns transformadores poden ter múltiples bobinas secundarias ou tomas para proporcionar varias tensións de saída.

Características dos transformadores rectificadores

Os transformadores rectificadores úsanse en conxunción con rectificadores para formar sistemas rectificadores, que converten a enerxía AC en DC. Estes sistemas son as fontes de enerxía DC máis comúns nas aplicacións industriais modernas e utilizanse amplamente en áreas como a transmisión HVDC, tracción eléctrica, laminación, electrochapado e electrolise.

O lado primario dun transformador rectificador conecta á rede eléctrica AC (lado da rede), mentres que o lado secundario conecta ao rectificador (lado da válvula). Aínda que o principio estrutural é semellante ao dun transformador estándar, a carga única—o rectificador—confere características específicas:

• Ondas de corrente non sinusoidais: Nun circuito rectificador, cada brazo conduce alternativamente durante un ciclo, co tempo de conducción ocupando só parte do ciclo. Como resultado, a onda de corrente a través dos brazos do rectificador non é sinusoidal, mais asímila unha onda rectangular discontinua. En consecuencia, as ondas de corrente tanto na bobina primaria como na secundaria son non sinusoidais. A figura ilustra a onda de corrente nun rectificador de puente trifásico con conexión YN. Cando se usan rectificadores de tiristores, un maior ángulo de disparo resulta en transicións de corrente máis bruscas e en maior contido harmónico, levando a maiores perdas por correntes de fuxo. Dado que a bobina secundaria conduce só parte do ciclo, a utilización do transformador rectificador diminúe. En comparación cos transformadores convencionais, os transformadores rectificadores son xeralmente maiores e máis pesados baixo as mesmas condicións de potencia.

• Potencia equivalente: Nun transformador convencional, a potencia nos lados primario e secundario é igual (despreciando as perdas), e a capacidade nominal do transformador corresponde á potencia de calquera das bobinas. No entanto, nun transformador rectificador, debido ás ondas de corrente non sinusoidais, as potencias aparentes primaria e secundaria poden diferir (por exemplo, na rectificación de meia onda). Polo tanto, a capacidade do transformador defínese como a media das potencias aparentes primaria e secundaria, coñecida como capacidade equivalente, dada por S = (S₁ + S₂) / 2, onde S₁ e S₂ son as potencias aparentes das bobinas primaria e secundaria, respectivamente.

• Capacidade de resistencia a curto circuito: Ao contrario dos transformadores xerais, os transformadores rectificadores deben cumprir requisitos rígidos de resistencia mecánica en condicións de curto circuito. Assegurar a estabilidade dinámica durante os cortocircuitos é, polo tanto, unha consideración crítica no seu deseño e fabricación.