Radni princip i karakteristike pretvaralnih transformatora

Princip rada rektifikacijskih transformatora

Princip rada rektifikacijskog transformatora isti je kao i princip rada standardnog transformatora. Transformator je uređaj koji preoblikuje napon struje na bazi principa elektromagnetske indukcije. Obično se sastoji od dva električki izolirana zavoja – primarnog i sekundarnog – savijena oko zajedničkog željeznog jezgra. Kada se primarni zavoj spoji s napajanjem izmjenične struje, izmjenična struja generira magnetnu snagu, stvarajući varijabilni magnetski tok unutar zatvorenog željeznog jezgra. Taj se mijenjajući tok povezuje s oba zavoja, inducirajući u sekundarnom zavojnom napon iste frekvencije. Omjer napona između primarnog i sekundarnog zavoja jednak je omjeru njihovih zavojnica. Na primjer, ako primarni zavoj ima 440 zavojnica, a sekundarni 220 zavojnica, uz ulazni napon od 220 V, izlazni napon bit će 110 V. Neki transformatori mogu imati više sekundarnih zavoja ili tapova kako bi pružali nekoliko izlaznih napona.

Karakteristike rektifikacijskih transformatora

Rektifikacijski transformatori koriste se u kombinaciji s rektifikatorima kako bi formirali rektifikacijske sustave, koji pretvaraju izmjeničnu struju u jednosmjernu. Ovi sustavi predstavljaju najčešće izvore jednosmjerne struje u modernim industrijskim primjenama i široko se koriste u područjima poput prijenosa HVDC, električne trakcije, valjkarskih radionica, galvaniziranja i elektrolize.

Primarni dio rektifikacijskog transformatora povezan je s mrežom izmjenične struje (strana mreže), dok se sekundarni dio povezuje s rektifikatorom (strana ventilatorskog sustava). Iako je strukturni princip sličan onome standardnog transformatora, specifična opterećenja – to jest rektifikator – daju određene karakteristike:

• Nesinusoidalni valni oblici struje: U rektifikacijskom krugu svaki ram alternativno vodi tijekom ciklusa, s vremenom provođenja koje čini samo dio ciklusa. Stoga valni oblik struje kroz ramove rektifikatora nije sinusoidalni, već sliči prekidnom pravokutnom valovitosti. Tako su valni oblici struje u oba zavoja, primarnom i sekundarnom, nesinusoidalni. Slika ilustrira valni oblik struje u trofaznom mostu rektifikatora s YN vezom. Korištenjem tiristora rektifikatora, veći kut otkaza rezultira strmijim prelazima struje i povećanim harmonijskim sadržajem, što dovodi do većih gubitaka struja. Budući da sekundarni zavoj vodi samo dio ciklusa, iskorištavanje rektifikacijskog transformatora smanjuje se. U usporedbi s standardnim transformatorima, rektifikacijski transformatori obično su veći i teži pod istim uvjetima snage.

• Ekvivalentna snaga: U standardnom transformatoru snaga na primarnoj i sekundarnoj strani jednaka je (zanemarujući gubitke), a nominirana kapacitet transformatora odgovara snazi bilo kojeg zavoja. Međutim, u rektifikacijskom transformatoru, zbog nesinusoidalnih valnih oblika struje, aparentne snage na primarnoj i sekundarnoj strani mogu se razlikovati (na primjer, kod poluvoltnog rektificiranja). Stoga se kapacitet transformatora definira kao prosječna vrijednost aparentnih snaga na primarnoj i sekundarnoj strani, poznata kao ekvivalentna snaga, izražena formulom S = (S₁ + S₂) / 2, gdje su S₁ i S₂ aparentne snage primarnog i sekundarnog zavoja, redom.

• Izdrljivost na kratak spoj: U suprotnosti sa općenitim transformatorima, rektifikacijski transformatori moraju zadovoljavati stroge zahtjeve za mehaničkom čvrstoćom u uvjetima kratkog spoja. Osiguranje dinamičke stabilnosti tijekom kratkih spojeva stoga je ključni aspekt u njihovom dizajnu i proizvodnji.