Принцип роботи та характеристики випрямлювальних трансформаторів

Принцип роботи прямочувальних трансформаторів

Принцип роботи прямочувального трансформатора такий самий, як і звичайного трансформатора. Трансформатор — це пристрій, який перетворює напругу чергового струму на основі принципу електромагнітної індукції. Зазвичай трансформатор складається з двох електрично ізольованих обмоток — первинної та вторинної, намотаних на спільний залізний сердечник. Коли первинна обмотка підключається до джерела чергового струму, черговий струм генерує магнітомотивну силу, що викликає змінюваний магнітний потік у замкнутому залізному сердечнику. Цей змінний потік поєднується з обох обмоток, викликаючи виникнення чергової напруги тієї ж частоти у вторинній обмотці. Відношення напруг між первинною та вторинною обмотками дорівнює відношенню числа їхніх витків. Наприклад, якщо первинна обмотка має 440 витків, а вторинна — 220 витків, при входній напрузі 220 В, вихідна напруга буде 110 В. Деякі трансформатори можуть мати кілька вторинних обмоток або відводів для забезпечення кількох вихідних напруг.

Характеристики прямочувальних трансформаторів

Прямочувальні трансформатори використовуються разом з прямочувачами для формування прямочувальних систем, які перетворюють черговий струм на постійний. Ці системи є найпоширенішими джерелами постійного струму в сучасних промислових застосуваннях і широко використовуються в таких областях, як передача електроенергії постійним струмом (HVDC), електротяга, прокатні станки, гальванопластика та електроліз.

Первинна сторона прямочувального трансформатора підключається до мережі чергового струму (мережева сторона), а вторинна сторона — до прямочувача (клапанна сторона). Хоча конструктивний принцип подібний до стандартного трансформатора, особливі навантаження — а саме, прямочувач — надають специфічні характеристики:

• Несинусоїдальні форми струму: У прямочувальній схемі кожне плече проводить чергово протягом циклу, причому час проводження займає лише частину циклу. В результаті форма струму через плече прямочувача не є синусоїдальною, а нагадує преривисту прямокутну хвилю. Наслідком цього є несинусоїдальні форми струму как в первинній, так і в вторинній обмотках. Фігура ілюструє форму струму в трьохфазному мостовому прямочувачі з YN-сполученням. При використанні тирісторних прямочувачів більший кут запалювання призводить до більш стрімих переходів струму та збільшення гармонічного вмісту, що призводить до більших втрат вихорівих струмів. Оскільки вторинна обмотка проводить лише частину циклу, використання прямочувального трансформатора зменшується. Порівняно з звичайними трансформаторами, прямочувальні трансформатори зазвичай більші та важчі при тих же умовах потужності.

• Еквівалентна номінальна потужність: У звичайному трансформаторі потужність на первинній та вторинній сторонах однакова (з нехтуванням втрат), і номінальна потужність трансформатора відповідає потужності будь-якої з обмоток. Однак, у прямочувальному трансформаторі, через несинусоїдальні форми струму, очевидні потужності на первинній та вторинній сторонах можуть відрізнятися (наприклад, при півхвильовому прямочуванні). Тому потужність трансформатора визначається як середнє значення очевидних потужностей первинної та вторинної обмоток, відоме як еквівалентна потужність, яка визначається як S = (S₁ + S₂) / 2, де S₁ та S₂ — очевидні потужності первинної та вторинної обмоток відповідно.

• Міцність при короткозамкненні: На відміну від універсальних трансформаторів, прямочувальні трансформатори повинні задовольняти жорстким вимогам до механічної міцності при короткозамкненні. Забезпечення динамічної стабільності при короткозамкненні є ключовим питанням в їхньому проектуванні та виробництві.