Nguyên lý hoạt động và đặc điểm của biến áp chỉnh lưu
Nguyên lý hoạt động của biến áp chỉnh lưu
Nguyên lý hoạt động của biến áp chỉnh lưu giống như biến áp thông thường. Biến áp là thiết bị chuyển đổi điện áp xoay chiều dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Thông thường, biến áp bao gồm hai cuộn dây cách điện điện tử - cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp - quấn xung quanh lõi sắt chung. Khi cuộn sơ cấp được kết nối với nguồn điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều tạo ra lực từ động, tạo ra luồng từ trường thay đổi trong lõi sắt kín. Sự thay đổi này liên kết cả hai cuộn dây, tạo ra điện áp xoay chiều cùng tần số ở cuộn thứ cấp. Tỷ lệ điện áp giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp bằng tỷ lệ vòng quấn. Ví dụ, nếu cuộn sơ cấp có 440 vòng quấn và cuộn thứ cấp có 220 vòng quấn với điện áp đầu vào 220 V, điện áp đầu ra sẽ là 110 V. Một số biến áp có thể có nhiều cuộn thứ cấp hoặc điểm đấu để cung cấp nhiều điện áp đầu ra.
Đặc điểm của biến áp chỉnh lưu
Biến áp chỉnh lưu được sử dụng kết hợp với bộ chỉnh lưu để tạo thành hệ thống chỉnh lưu, chuyển đổi điện năng xoay chiều thành điện năng một chiều. Các hệ thống này là nguồn điện một chiều phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như truyền tải điện áp cao một chiều, kéo điện, cán thép, mạ điện và điện phân.
Phía sơ cấp của biến áp chỉnh lưu kết nối với lưới điện xoay chiều (phía lưới), trong khi phía thứ cấp kết nối với bộ chỉnh lưu (phía van). Mặc dù nguyên lý cấu trúc tương tự như biến áp tiêu chuẩn, nhưng tải đặc biệt - cụ thể là bộ chỉnh lưu - mang lại những đặc điểm riêng:
Đường hình sóng dòng điện không phải dạng sin: Trong mạch chỉnh lưu, mỗi cánh dẫn luân phiên trong một chu kỳ, thời gian dẫn chỉ chiếm một phần của chu kỳ. Do đó, đường hình sóng dòng điện qua cánh dẫn của bộ chỉnh lưu không phải dạng sin mà giống dạng sóng vuông gián đoạn. Kết quả là, đường hình sóng dòng điện ở cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp đều không phải dạng sin. Hình minh họa cho thấy đường hình sóng dòng điện trong bộ chỉnh lưu cầu ba pha với kết nối YN. Khi sử dụng bộ chỉnh lưu thyristor, góc kích thích lớn hơn dẫn đến sự chuyển tiếp dòng điện dốc hơn và tăng cường độ谐波含量增加，导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 请允许我纠正并继续翻译这部分内容： - **非正弦电流波形**：在整流电路中，每个臂在一个周期内交替导通，导通时间仅占周期的一部分。因此，通过整流臂的电流波形不是正弦波而是类似于不连续的矩形波。结果是，初级和次级绕组中的电流波形都是非正弦的。图示说明了三相桥式整流器（YN连接）的电流波形。当使用晶闸管整流器时，较大的触发延迟角会导致电流转换更加陡峭，谐波含量增加，从而导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 ```html
Đường hình sóng dòng điện không phải dạng sin: Trong mạch chỉnh lưu, mỗi cánh dẫn luân phiên trong một chu kỳ, thời gian dẫn chỉ chiếm một phần của chu kỳ. Do đó, đường hình sóng dòng điện qua cánh dẫn của bộ chỉnh lưu không phải dạng sin mà giống dạng sóng vuông gián đoạn. Kết quả là, đường hình sóng dòng điện ở cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp đều không phải dạng sin. Hình minh họa cho thấy đường hình sóng dòng điện trong bộ chỉnh lưu cầu ba pha với kết nối YN. Khi sử dụng bộ chỉnh lưu thyristor, góc kích thích lớn hơn dẫn đến sự chuyển tiếp dòng điện dốc hơn và tăng cường độ谐波含量增加，导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 请允许我纠正并继续翻译这部分内容： - **非正弦电流波形**：在整流电路中，每个臂在一个周期内交替导通，导通时间仅占周期的一部分。因此，通过整流臂的电流波形不是正弦波而是类似于不连续的矩形波。结果是，初级和次级绕组中的电流波形都是非正弦的。图示说明了三相桥式整流器（YN连接）的电流波形。当使用晶闸管整流器时，较大的触发延迟角会导致电流转换更加陡峭，谐波含量增加，从而导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 ```html
Đường hình sóng dòng điện không phải dạng sin: Trong mạch chỉnh lưu, mỗi cánh dẫn luân phiên trong một chu kỳ, thời gian dẫn chỉ chiếm một phần của chu kỳ. Do đó, đường hình sóng dòng điện qua cánh dẫn của bộ chỉnh lưu không phải dạng sin mà giống dạng sóng vuông gián đoạn. Kết quả là, đường hình sóng dòng điện ở cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp đều không phải dạng sin. Hình minh họa cho thấy đường hình sóng dòng điện trong bộ chỉnh lưu cầu ba pha với kết nối YN. Khi sử dụng bộ chỉnh lưu thyristor, góc kích thích lớn hơn dẫn đến sự chuyển tiếp dòng điện dốc hơn và tăng cường độ谐波含量增加，导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 请允许我纠正并继续翻译这部分内容： - **非正弦电流波形**：在整流电路中，每个臂在一个周期内交替导通，导通时间仅占周期的一部分。因此，通过整流臂的电流波形不是正弦波而是类似于不连续的矩形波。结果是，初级和次级绕组中的电流波形都是非正弦的。图示说明了三相桥式整流器（YN连接）的电流波形。当使用晶闸管整流器时，较大的触发延迟角会导致电流转换更加陡峭，谐波含量增加，从而导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 ```html
Đường hình sóng dòng điện không phải dạng sin: Trong mạch chỉnh lưu, mỗi cánh dẫn luân phiên trong một chu kỳ, thời gian dẫn chỉ chiếm một phần của chu kỳ. Do đó, đường hình sóng dòng điện qua cánh dẫn của bộ chỉnh lưu không phải dạng sin mà giống dạng sóng vuông gián đoạn. Kết quả là, đường hình sóng dòng điện ở cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp đều không phải dạng sin. Hình minh họa cho thấy đường hình sóng dòng điện trong bộ chỉnh lưu cầu ba pha với kết nối YN. Khi sử dụng bộ chỉnh lưu thyristor, góc kích thích lớn hơn dẫn đến sự chuyển tiếp dòng điện dốc hơn và tăng cường độ谐波含量增加，导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 请允许我纠正并继续翻译这部分内容： - **非正弦电流波形**：在整流电路中，每个臂在一个周期内交替导通，导通时间仅占周期的一部分。因此，通过整流臂的电流波形不是正弦波而是类似于不连续的矩形波。结果是，初级和次级绕组中的电流波形都是非正弦的。图示说明了三相桥式整流器（YN连接）的电流波形。当使用晶闸管整流器时，较大的触发延迟角会导致电流转换更加陡峭，谐波含量增加，从而导致更大的涡流损耗。由于次级绕组仅在部分周期内导通，整流变压器的利用率降低。与传统变压器相比，在相同功率条件下，整流变压器通常更大、更重。 - **等效功率等级**：在传统变压器中，初级和次级的功率相等（忽略损耗），变压器的额定容量对应于任一绕组的功率。然而，在整流变压器中，由于非正弦电流波形，初级和次级的视在功率可能不同（例如，在半波整流中）。因此，变压器的容量被定义为初级和次级视在功率的平均值，称为等效容量，由 S = (S₁ + S₂) / 2 给出，其中 S₁ 和 S₂ 分别是初级和次级绕组的视在功率。 - **短路耐受能力**：与通用变压器不同，整流变压器必须满足严格的短路条件下的机械强度要求。确保短路时的动态稳定性是其设计和制造中的关键考虑因素。 ```html
Đường hình sóng dòng điện không phải dạng sin: Trong mạch chỉnh lưu, mỗi cánh dẫn luân phiên trong một chu kỳ, thời gian dẫn chỉ chiếm một phần của chu kỳ. Do đó, đường hình sóng dòng điện qua cánh dẫn của bộ chỉnh lưu không phải dạng sin mà giống dạng sóng vuông gián đoạn. Kết quả là, đường hình sóng dòng điện ở cả cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp đều không phải dạng sin. Hình minh họa cho thấy đường hình sóng dòng điện trong bộ chỉnh lưu cầu ba pha với kết nối YN. Khi sử dụng bộ chỉnh lưu thyristor, góc kích thích lớn hơn dẫn đến sự chuyển tiếp dòng điện dốc hơn và tăng cường độ harmonics, gây ra tổn thất dòng điện từ lớn hơn. Do cuộn thứ cấp chỉ dẫn trong một phần của chu kỳ, hiệu suất sử dụng của biến áp chỉnh lưu giảm. So với biến áp thông thường, dưới cùng điều kiện công suất, biến áp chỉnh lưu thường lớn hơn và nặng hơn.
Công suất tương đương: Trong biến áp thông thường, công suất ở cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là bằng nhau (bỏ qua tổn thất), và công suất định mức của biến áp tương ứng với công suất của bất kỳ cuộn nào. Tuy nhiên, trong biến áp chỉnh lưu, do đường hình sóng dòng điện không phải dạng sin, công suất biểu kiến ở cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp có thể khác nhau (ví dụ, trong chỉnh lưu nửa sóng). Do đó, công suất của biến áp được định nghĩa là trung bình cộng của công suất biểu kiến ở cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, gọi là công suất tương đương, được tính bằng S = (S₁ + S₂) / 2, trong đó S₁ và S₂ lần lượt là công suất biểu kiến của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
Khả năng chịu đựng ngắn mạch: Không giống như biến áp đa dụng, biến áp chỉnh lưu phải đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt về sức mạnh cơ học dưới điều kiện ngắn mạch. Đảm bảo ổn định động trong ngắn mạch là một yếu tố quan trọng trong thiết kế và sản xuất của chúng.
