Принцип работы и характеристики выпрямительных трансформаторов

Принцип работы выпрямительных трансформаторов

Принцип работы выпрямительного трансформатора такой же, как и у обычного трансформатора. Трансформатор — это устройство, преобразующее переменное напряжение на основе принципа электромагнитной индукции. Обычно трансформатор состоит из двух электрически изолированных обмоток — первичной и вторичной, намотанных на общую железную сердечник. Когда первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, переменный ток создает магнитодвижущую силу, образуя изменяющийся магнитный поток в замкнутом железном сердечнике. Этот изменяющийся поток связывает обе обмотки, индуцируя переменное напряжение с той же частотой во вторичной обмотке. Отношение напряжений между первичной и вторичной обмотками равно их отношению числа витков. Например, если первичная обмотка имеет 440 витков, а вторичная — 220 витков при входном напряжении 220 В, выходное напряжение будет 110 В. Некоторые трансформаторы могут иметь несколько вторичных обмоток или выводов для обеспечения нескольких выходных напряжений.

Характеристики выпрямительных трансформаторов

Выпрямительные трансформаторы используются совместно с выпрямителями для формирования выпрямительных систем, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Эти системы являются наиболее распространенными источниками постоянного тока в современных промышленных применениях и широко используются в таких областях, как передача постоянного тока высокого напряжения, электротяга, прокатные станы, гальванические покрытия и электролиз.

Первичная сторона выпрямительного трансформатора подключается к сети переменного тока (сетевая сторона), а вторичная сторона — к выпрямителю (сторона клапанов). Хотя структурный принцип похож на стандартный трансформатор, уникальная нагрузка — выпрямитель — придает специфические характеристики:

• Несинусоидальные формы тока: В выпрямительной цепи каждое плечо проводит поочередно в течение цикла, время проводимости занимает только часть цикла. В результате форма тока через плечи выпрямителя не синусоидальная, а похожа на разрывный прямоугольный сигнал. Следовательно, формы тока в обеих обмотках — первичной и вторичной — несинусоидальные. На рисунке показана форма тока в трехфазном мостовом выпрямителе с соединением YN. При использовании тиристорных выпрямителей, большая задержка запуска приводит к более крутым переходам тока и увеличению гармонического содержания, что приводит к большим потерям от вихревых токов. Поскольку вторичная обмотка проводит только часть цикла, использование выпрямительного трансформатора снижается. По сравнению с обычными трансформаторами, выпрямительные трансформаторы обычно больше и тяжелее при одинаковой мощности.

• Эквивалентная мощность: В обычном трансформаторе мощность на первичной и вторичной сторонах равна (не учитывая потери), и номинальная мощность трансформатора соответствует мощности любой из обмоток. Однако, в выпрямительном трансформаторе, из-за несинусоидальных форм тока, видимые мощности на первичной и вторичной сторонах могут различаться (например, при полупериодном выпрямлении). Поэтому мощность трансформатора определяется как среднее значение видимых мощностей первичной и вторичной обмоток, известное как эквивалентная мощность, которая вычисляется по формуле S = (S₁ + S₂) / 2, где S₁ и S₂ — видимые мощности первичной и вторичной обмоток соответственно.

• Способность к выдерживанию короткого замыкания: В отличие от универсальных трансформаторов, выпрямительные трансформаторы должны удовлетворять строгим требованиям механической прочности при коротком замыкании. Обеспечение динамической устойчивости при коротком замыкании является ключевым аспектом в их проектировании и производстве.