Principio di funzionamento e caratteristiche dei trasformatori rettificatori

Principio di funzionamento dei trasformatori rettificatori

Il principio di funzionamento di un trasformatore rettificatore è lo stesso di un trasformatore convenzionale. Un trasformatore è un dispositivo che converte la tensione AC in base al principio dell'induzione elettromagnetica. Tipicamente, un trasformatore è composto da due avvolgimenti elettricamente isolati - primario e secondario - avvolti intorno a un nucleo comune di ferro. Quando l'avvolgimento primario è collegato a una sorgente di energia AC, la corrente alternata genera una forza magnetomotrice, producendo un flusso magnetico variabile all'interno del nucleo di ferro chiuso. Questo flusso variabile si collega a entrambi gli avvolgimenti, inducendo una tensione AC della stessa frequenza nell'avvolgimento secondario. Il rapporto di tensione tra l'avvolgimento primario e quello secondario è uguale al loro rapporto di spire. Ad esempio, se il primario ha 440 spire e il secondario 220 spire con un ingresso di 220 V, la tensione di uscita sarà 110 V. Alcuni trasformatori possono avere più avvolgimenti secondari o prese per fornire diverse tensioni di uscita.

Caratteristiche dei trasformatori rettificatori

I trasformatori rettificatori vengono utilizzati in combinazione con i rettificatori per formare sistemi rettificatori, che convertono l'energia AC in energia DC. Questi sistemi sono le fonti di alimentazione DC più comuni nelle applicazioni industriali moderne ed sono ampiamente utilizzati in ambiti come la trasmissione ad alta tensione continua (HVDC), la trazione elettrica, i laminatoi, l'elettroplaccatura e l'elettrolisi.

Il lato primario di un trasformatore rettificatore si connette alla rete elettrica AC (lato rete), mentre il lato secondario si connette al rettificatore (lato valvola). Anche se il principio strutturale è simile a quello di un trasformatore standard, il carico specifico - ovvero il rettificatore - conferisce caratteristiche particolari:

• Onde di corrente non sinusoidali: In un circuito rettificatore, ogni braccio conduce alternativamente durante un ciclo, con il tempo di conduzione che occupa solo una parte del ciclo. Di conseguenza, l'onda di corrente attraverso i bracci del rettificatore non è sinusoidale ma assomiglia a un'onda rettangolare discontinua. Pertanto, le onde di corrente sia negli avvolgimenti primario che secondario sono non sinusoidali. La figura illustra l'onda di corrente in un rettificatore a ponte trifase con connessione YN. Quando si utilizzano rettificatori a tiristori, un angolo di accensione maggiore risulta in transizioni di corrente più ripide e in un contenuto armonico aumentato, portando a perdite di corrente di turbolenza superiori. Poiché l'avvolgimento secondario conduce solo per una parte del ciclo, l'utilizzo del trasformatore rettificatore è ridotto. A parità di potenza, i trasformatori rettificatori sono tipicamente più grandi e pesanti rispetto ai trasformatori convenzionali.

• Potenza equivalente: In un trasformatore convenzionale, la potenza sui lati primario e secondario è uguale (trascurando le perdite) e la capacità nominale del trasformatore corrisponde alla potenza di uno degli avvolgimenti. Tuttavia, in un trasformatore rettificatore, a causa delle onde di corrente non sinusoidali, le potenze apparenti primaria e secondaria possono essere diverse (ad esempio, nella rettifica a mezza onda). Pertanto, la capacità del trasformatore viene definita come la media delle potenze apparenti primaria e secondaria, nota come capacità equivalente, data da S = (S₁ + S₂) / 2, dove S₁ e S₂ sono le potenze apparenti degli avvolgimenti primario e secondario, rispettivamente.

• Capacità di resistenza a cortocircuito: A differenza dei trasformatori generali, i trasformatori rettificatori devono soddisfare requisiti rigorosi in termini di resistenza meccanica in caso di cortocircuito. Assicurare la stabilità dinamica durante i cortocircuiti è quindi una considerazione critica nel loro progetto e fabbricazione.