Zasada działania i cechy transformatorów prostujących

Zasada działania transformatorów prostujących

Zasada działania transformatora prostującego jest taka sama jak w przypadku konwencjonalnego transformatora. Transformator to urządzenie przekształcające napięcie przemiennego na podstawie zasady indukcji elektromagnetycznej. Zazwyczaj transformator składa się z dwóch elektrycznie izolowanych cewek – pierwotnej i wtórnej – nawiniętych na wspólną żelazną rdzeń. Gdy cewka pierwotna jest podłączona do źródła prądu przemiennego, prąd przemienny generuje siłę magnetostrujową, tworząc zmienny strumień magnetyczny w zamkniętej żelaznej rdzeni. Ta zmieniająca się strumień magnetyczny wiąże obie cewki, indukując napięcie przemienne o tej samej częstotliwości w cewce wtórnej. Stosunek napięć między cewką pierwotną a wtórną jest równy stosunkowi liczby zwitków. Na przykład, jeśli cewka pierwotna ma 440 zwitków, a wtórna 220 zwitków przy wejściowym napięciu 220 V, wyjściowe napięcie wyniesie 110 V. Niektóre transformatory mogą posiadać wiele cewek wtórnych lub styków, aby zapewnić kilka wyjściowych napięć.

Cechy transformatorów prostujących

Transformatory prostujące są używane w połączeniu z prostownikami do formowania systemów prostujących, które przekształcają prąd przemienny w prąd stały. Te systemy stanowią najpopularniejsze źródła prądu stałego w nowoczesnych aplikacjach przemysłowych i są szeroko stosowane w dziedzinach takich jak transmisja HVDC, napęd elektryczny, stolarnie, galwanizacja i elektroliza.

Strona pierwotna transformatora prostującego jest podłączona do sieci przemiennego (strona sieci), podczas gdy strona wtórna jest podłączona do prostownika (strona wtrysku). Choć zasada konstrukcyjna jest podobna do standardowego transformatora, unikalne obciążenie – prostownik – nadaje mu specyficzne cechy:

• Niesinusoidalne przebiegi prądu: W obwodzie prostownika każda rama przepuszcza prąd naprzemiennie w ciągu jednego cyklu, a czas przepuszczania zajmuje tylko część cyklu. W rezultacie przebieg prądu przez ramy prostownika nie jest sinusoidalny, ale przypomina nieciągły przebieg prostokątny. W związku z tym przebiegi prądu zarówno w cewce pierwotnej, jak i wtórnej są niesinusoidalne. Rysunek ilustruje przebieg prądu w trójfazowym prostowniku mostkowym z połączeniem YN. W przypadku użycia prostowników thyristorowych, większy kąt opóźnienia wtrysku prowadzi do ostrzejszych przejść prądu i zwiększonej zawartości harmonicznej, co powoduje większe straty wirnikowe. Ponieważ cewka wtórna przepuszcza prąd tylko częściowo, wykorzystanie transformatora prostującego jest obniżone. W porównaniu do konwencjonalnych transformatorów, transformatory prostujące są zwykle większe i cięższe przy tych samych warunkach mocy.

• Ekwiwalentna moc znamionowa: W konwencjonalnym transformatorze moc na stronie pierwotnej i wtórnej jest równa (pomijając straty), a moc znamionowa transformatora odpowiada mocy każdej z cewek. Jednak w transformatorze prostującym, ze względu na niesinusoidalne przebiegi prądu, widoczne mocy na stronie pierwotnej i wtórnej mogą się różnić (np. w prostowaniu półfalowym). Dlatego moc transformatora definiuje się jako średnią mocy widocznej na stronie pierwotnej i wtórnej, znana jako ekwiwalentna moc, dana wzorem S = (S₁ + S₂) / 2, gdzie S₁ i S₂ to widoczne mocy cewek pierwotnej i wtórnej, odpowiednio.

• Wytrzymałość na zamykanie krótce: W przeciwieństwie do uniwersalnych transformatorów, transformatory prostujące muszą spełniać surowe wymagania dotyczące wytrzymałości mechanicznej w warunkach zamykania krótcego. Zapewnienie dynamicznej stabilności podczas zamykania krótcego jest więc kluczowym aspektem ich projektowania i produkcji.