หลักการทำงานและคุณลักษณะของหม้อแปลงเรกทิไฟเออร์

หลักการทำงานของหม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์

หลักการทำงานของหม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์เหมือนกับหม้อแปลงทั่วไป หม้อแปลงเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าสลับตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก โดยทั่วไปหม้อแปลงประกอบด้วยวงจรขดลวดสองวงจรที่แยกจากกันคือวงจรขดลวดฝั่งปฐมภูมิและวงจรขดลวดฝั่งทุติยภูมิ ซึ่งพันรอบแกนเหล็กเดียวกัน เมื่อเชื่อมวงจรขดลวดฝั่งปฐมภูมิกับแหล่งพลังงานไฟฟ้าสลับ กระแสไฟฟ้าสลับจะสร้างแรงดันแม่เหล็ก ทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงภายในแกนเหล็กปิด ฟลักซ์ที่เปลี่ยนแปลงนี้จะเชื่อมโยงกับทั้งสองวงจรขดลวด ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสลับที่มีความถี่เดียวกันในวงจรขดลวดฝั่งทุติยภูมิ อัตราส่วนระหว่างแรงดันของวงจรขดลวดฝั่งปฐมภูมิกับวงจรขดลวดฝั่งทุติยภูมิเท่ากับอัตราส่วนจำนวนรอบของวงจรขดลวด ตัวอย่างเช่น ถ้าวงจรขดลวดฝั่งปฐมภูมิมี 440 รอบ และวงจรขดลวดฝั่งทุติยภูมิมี 220 รอบ พร้อมแรงดันขาเข้า 220 V แรงดันขาออกจะเป็น 110 V บางหม้อแปลงอาจมีวงจรขดลวดฝั่งทุติยภูมิหลายวงหรือจุดต่อเพื่อให้แรงดันขาออกหลายระดับ

คุณสมบัติของหม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์

หม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์ใช้งานร่วมกับเรกทิไฟเออร์เพื่อสร้างระบบเรกทิไฟเออร์ ซึ่งเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าสลับเป็นพลังงานไฟฟ้าตรง ระบบเหล่านี้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าตรงที่พบได้มากที่สุดในการประยุกต์ใช้งานอุตสาหกรรมสมัยใหม่ และถูกใช้อย่างกว้างขวางในสาขาต่าง ๆ เช่น การส่งผ่านไฟฟ้าแรงดันสูงแบบกระแสตรง (HVDC) การขนส่งทางรถไฟ การกลิ้งเหล็ก การชุบโลหะ และการแยกธาตุ

ฝั่งปฐมภูมิของหม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์เชื่อมต่อกับสายส่งไฟฟ้าสลับ (ฝั่งกริด) ในขณะที่ฝั่งทุติยภูมิเชื่อมต่อกับเรกทิไฟเออร์ (ฝั่งวาล์ว) แม้ว่าหลักการโครงสร้างจะคล้ายคลึงกับหม้อแปลงมาตรฐาน แต่โหลดเฉพาะคือเรกทิไฟเออร์ ทำให้มีคุณสมบัติเฉพาะดังนี้:

• รูปแบบคลื่นกระแสไม่เป็นไซนัสอยด์: ในวงจรเรกทิไฟเออร์ แขนแต่ละแขนทำงานสลับกันในแต่ละรอบ ซึ่งเวลาที่ทำการนำกระแสไฟฟ้าจะครอบคลุมเพียงส่วนหนึ่งของรอบ ทำให้รูปแบบคลื่นกระแสผ่านแขนเรกทิไฟเออร์ไม่เป็นไซนัสอยด์ แต่เป็นคลื่นสี่เหลี่ยมที่ไม่ต่อเนื่อง ดังนั้น รูปแบบคลื่นกระแสในทั้งวงจรขดลวดฝั่งปฐมภูมิและฝั่งทุติยภูมิจึงไม่เป็นไซนัสอยด์ ภาพแสดงรูปแบบคลื่นกระแสในเรกทิไฟเออร์สะพานสามเฟสที่เชื่อมต่อแบบ YN เมื่อใช้เรกทิไฟเออร์ที่ควบคุมด้วยไธริสเตอร์ มุมการส่งสัญญาณที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้การเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้ารวดเร็วขึ้นและมีส่วนผสมของฮาร์โมนิกส์เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการสูญเสียจากการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น เนื่องจากวงจรขดลวดฝั่งทุติยภูมินำกระแสไฟฟ้าเพียงส่วนหนึ่งของรอบ ทำให้การใช้งานหม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์ลดลง ภายใต้เงื่อนไขกำลังเดียวกัน หม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์มักจะใหญ่และหนักกว่าหม้อแปลงทั่วไป

• กำลังที่เทียบเท่า: ในหม้อแปลงทั่วไป กำลังบนฝั่งปฐมภูมิและฝั่งทุติยภูมิเท่ากัน (โดยไม่คำนึงถึงการสูญเสีย) และกำลังที่กำหนดให้กับหม้อแปลงเท่ากับกำลังของวงจรขดลวดใดวงจรขดลวดหนึ่ง แต่ในหม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์ เนื่องจากรูปแบบคลื่นกระแสไม่เป็นไซนัสอยด์ กำลังปรากฏบนฝั่งปฐมภูมิและฝั่งทุติยภูมิอาจแตกต่างกัน (เช่น ในกรณีของการเรกทิไฟเออร์ครึ่งวงจร) ดังนั้น กำลังที่กำหนดให้กับหม้อแปลงถูกกำหนดเป็นค่าเฉลี่ยของกำลังปรากฏบนฝั่งปฐมภูมิและฝั่งทุติยภูมิ ซึ่งเรียกว่ากำลังที่เทียบเท่า คำนวณโดย S = (S₁ + S₂) / 2 ที่ S₁ และ S₂ เป็นกำลังปรากฏของวงจรขดลวดฝั่งปฐมภูมิและฝั่งทุติยภูมิ ตามลำดับ

• ความสามารถในการทนต่อภาวะลัดวงจร: ต่างจากหม้อแปลงทั่วไป หม้อแปลงที่ใช้ในระบบเรกทิไฟเออร์ต้องตอบสนองต่อความต้องการทางกลที่เข้มงวดภายใต้ภาวะลัดวงจร การรับรองความมั่นคงทางกลภายใต้ภาวะลัดวงจรเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบและการผลิต