Rectifikátor transzformátorok működési elve és jellemzői

Rectifikációs transzformátorok működési elve

A rectifikációs transzformátor működési elve megegyezik a hagyományos transzformátoréval. A transzformátor olyan eszköz, amely az elektromágneses indukció elvén alapuló AC feszültség átalakításra szolgál. Általában egy transzformátor két elektrikailag izolált tekercsöt tartalmaz – a primáris és a sekundáris tekercset –, amelyeket közös vaskernél öveznek. Ha a primáris tekercset AC erőforráshoz kötünk, az alternáló áram magnetomotív erőt generál, ami változó mágneses fluxust hoz létre a zárt vaskern belül. Ez a változó fluxus mindkét tekercset érinti, indukálva ugyanolyan frekvenciájú AC feszültséget a sekundáris tekercsben. A primáris és sekundáris tekercsek közötti feszültségarány megegyezik a tekerészettségi aránnyal. Például, ha a primárisnál 440 tekerés van, a sekundárisnál pedig 220 tekerés, és a bemeneti feszültség 220 V, akkor a kimeneti feszültség 110 V lesz. Néhány transzformátor több sekundáris tekercs vagy kapcsolópontot is tartalmazhat, hogy többféle kimeneti feszültséget biztosítsen.

Rectifikációs transzformátorok jellemzői

A rectifikációs transzformátorokat rectifikátorokkal együtt használják rectifikációs rendszerekben, amelyek AC energiát DC energiává alakítanak. Ezek a rendszerek a leggyakrabban használt DC energiaforrások a modern ipari alkalmazásokban, és széles körben használják őket HVDC-átvitel, villamos járműmozgatás, tollműhelyek, elektrofémkeverés, és elektrolízis területén.

A rectifikációs transzformátor primáris oldala csatlakozik az AC villamos hálózathoz (hálózati oldal), míg a sekundáris oldala a rectifikátortól (kapucsként említett oldal) függ. Bár a szerkezeti elv hasonló a szabványos transzformátoréhoz, a speciális terhelés – a rectifikátor – adja a következő jellemzőket:

• Nem szinuszoidális áram hullámformák: A rectifikációs körben minden ág váltakozva vezet a ciklus során, a vezetési idő csak a ciklus részét teszi ki. Ennek eredményeként a rectifikációs ágakon áthaladó áram hullámforma nem szinuszoidális, hanem folytonos négyszög hullámhoz hasonlítható. Így a primáris és sekundáris tekercsekben is nem szinuszoidálisak az áram hullámformák. Az ábrán látható a háromfázisú hídrectifikátor YN kapcsolású áram hullámformája. Thyristor rectifikátorok használatakor a nagyobb tüzelési késleltetési szöggel a nyugalmi állapotból történő átmenetek meredekébbek, és a harmonikus tartalom növekszik, ami növeli a forralódási veszteségeket. Mivel a sekundáris tekercs csak a ciklus részét vezeti, a rectifikációs transzformátor használata csökken. Ugyanazon teljesítmény mellett a rectifikációs transzformátorok általában nagyobbak és nehezebbek, mint a hagyományos transzformátorok.

• Egyenértékű teljesítmény: Egy hagyományos transzformátorban a primáris és sekundáris oldali teljesítmények egyenlőek (veszteségek figyelembe vétele nélkül), és a transzformátor jelölési kapacitása a két tekercs mindegyikének teljesítményével egyezik meg. Azonban a rectifikációs transzformátorban, nem szinuszoidális áram hullámformák miatt, a primáris és sekundáris látszólagos teljesítményei eltérhetnek (például fél hullám rectifikáció esetén). Így a transzformátor kapacitása a primáris és sekundáris látszólagos teljesítmények átlaként definiálható, amit egyenértékű kapacitásnak nevezünk, S = (S₁ + S₂) / 2, ahol S₁ és S₂ a primáris és sekundáris tekercsek látszólagos teljesítményei.

• Rövidzárlóki képesség: A rectifikációs transzformátorok, ellentétben a széles körben használt transzformátorokkal, szigorú mechanikai erősségigényeknek kell megfelelniük rövidzárló esetén. A rövidzárló során történő dinamikai stabilitás biztosítása tehát kritikus szempont a tervezésben és gyártásban.