Rectificētāja transformators: Darbības princips un lietojums

Lauks: Transformatoru analīze

China

1.Rektifikācijas transformatora princips un pārskats

Rektifikācijas transformators ir specializēts transformators, kas izstrādāts rektifikācijas sistēmu apgādei. Tā darbības princips ir tāds pats kā parastajam transformatoram — tas darbojas, balstoties uz elektromagnētisko indukciju, un tiek izmantots maiņstrāvas sprieguma pārveidošanai. Parasts transformators ir aprīkots ar diviem elektriski atsevišķi ievietotiem viksnēm — primāro un sekundāro —, kas aptuļotas kopējā dzelzs ķermenī.

Ja primāro viksnē savienojas ar maiņstrāvas enerģijas avotu, caur to plūst maiņstrāva, veidojot magnetisku virsmu (MMF), kas radīs maiņspriegumu sekundārajā viksnē.

Viksnju skaita attiecība starp primāro un sekundāro viksnēm atbilst sprieguma attiecībai. Piemēram, ja transformatoram ir 440 griezieni primārajā viksnē un 220 griezieni sekundārajā viksnē, un primārajā pusē tiek pievienots 220V, tad sekundārajā pusē iznākums būs 110V. Daži transformatori varētu būt aprīkoti ar vairākiem sekundārajiem viksnēm vai tapām, ļaujot iegūt vairākas dažādas izvades sprieguma vērtības.

2.Rektifikācijas transformatoru īpašības

Rektifikācijas transformatori strādā kopā ar rektifikātoriem, veidojot rektifikācijas iekārtas, kas ļauj maiņstrāvu pārvērst par vienmērīgo strāvu. Šādas rektifikācijas sistēmas ir visizplatītākie DC enerģijas avoti mūsdienu rūpniecībā, plaši izmantojami augstsprieguma DC transmisijā, elektrospraudienē, valku ierobežojumos, elektrolīzē, elektrolīzē un citās jomās.

Rectifier Transformer.jpg

Rektifikācijas transformatora primārā (arī saukta par tīkla pusi) savienojas ar maiņstrāvas tīklu, bet sekundārā (arī saukta par ventilu pusi) savienojas ar rektifikātoru. Lai arī tā pamata struktūra un darbības princips ir līdzīgs parastajam transformatoram, iebūvējums — rektifikātors — atšķiras no parastiem iebūvējumiem, kas ved pie unikālām dizaina un darbības īpašībām:

2.2 Nesanācformātas strāvas formas

Rektifikācijas shēmā katrs šķērsgalotis strādā tikai cikla daļā, rezultējot nesanācformātām strāvas formām — parasti tuvu nepārtrauktām taisnstūrveida impulsu formām. Tādējādi gan primārā, gan sekundārā viksnēs strāvas nav sanācformātas.

Piemēram, trīs fāžu tiltu rektifikācijā ar Y/Y savienojumu, strāvas formas rāda atšķirīgas impulsus. Ja tiek izmantoti tiristori rektifikācijai, jo lielāks aktivācijas aiziešanas leņķis, jo straujāka strāvas pieauguma/samazināšanās, kas palielina harmoniskās sastāvdales. Tas izraisa lielākus eddija straumes zudumus. Tā kā sekundārā viksnē strāva plūst tikai daļēji, rektifikācijas transformatora izmantošanas rādītājs ir zemāks nekā parasta transformatora. Tādēļ, ar vienādu jaudas rādītāju, rektifikācijas transformatori bieži ir lielāki un smagāki.

2.3 Ekvivalentā (vidējā) dzejāma jauda

Parastajā transformatorā ieeja un izvade ir vienādas (ignorējot zudumus), tāpēc nominālā jauda ir vienkārši vienas viksnēs dzejāmā jauda. Tomēr, rektifikācijas transformatorā, primārā un sekundārā strāvas formas var atšķirties (piemēram, pusfāzes rektifikācijā), padarot to dzejāmās jaudas neatbilstošas.

Tāpēc, transformatora jauda tiek definēta kā primārā un sekundārā dzejāmās jaudas vidējā vērtība, zināma kā ekvivalentā jauda:

kur $S_{1}$ S1 ir primārā dzejāmā jauda un $S_{2}$ S2 ir sekundārā dzejāmā jauda.

2.4 Augsta īsās slodzes izturība

Rektifikācijas transformatoriem jābūt ar augstu mehānisko stiprumu, lai izturētu īsās slodzes elektromagnētiskās spēces, kas rodas dēļ bieži notiekošām kļūdām vai neparedzētu slodzes maiņām (piemēram, motoru uzsākšana). Dinamiskā stabilitāte īsās slodzes apstākļos ir kritisks aspekts dizainā un ražošanā.

3.Rektifikācijas transformatoru galvenās lietojumjomas

Rektifikācijas transformatori strādā kā enerģijas avots rektifikācijas iekārtām. To galvenā funkcija ir maiņstrāvas pārveidošana primārajā pusē par vienmērīgo strāvu, izmantojot rektifikācijas elementus sekundārajā pusē. "Enerģijas pārveidošana" ietver rektifikāciju, inversiju un frekvences maiņu, no kuriem rektifikācija ir visizplatītākā. Transformatori, kas izmanto rektifikācijas ierīču apgādei, sauc par rektifikācijas transformatoriem. Lielākā daļa rūpnieciskā DC enerģijas avota tiek iegūts, kombinējot AC tīklus ar rektifikācijas transformatoriem un rektifikācijas shēmām.

3.1 Elektrokīmiskā rūpniecība

Šī ir lielākā rektifikācijas transformatoru lietošanas joma:

Metālu savienojumu elektrolīze, lai ražotu aluminiju, magniju, varš, un citus nemagnezīgos metālus
Hlorālkalīsks ražošana, izmantojot saltdūles elektrolīzi
Ūdens elektrolīze, lai ražotu hīdrōgēnu un skābekli

Šie procesi prasa augstu strāvas, zemu spriegumu DC enerģiju, kas dažās aspektās ir līdzīgs elektriskajiem lūku krāsns transformatoriem. Tādējādi rektifikācijas transformatori dalījas ar krāsns transformatoru struktūras īpašībām.

Rektifikācijas transformatoru visizšķirojošā īpašība ir, ka sekundārā strāva vairs nav sanācformāta maiņstrāva. Rektifikācijas elementu vienvirziena vedašanā, fāžu strāvas kļūst pulsējošas un vienvirzienas. Pēc filtrācijas, šī pulsējošā strāva kļūst gluda DC.

Sekundārā sprieguma un strāvas vērtības atkarīgas ne tikai no transformatora jaudas un savienojuma grupas, bet arī no rektifikācijas shēmas konfigurācijas (piemēram, trīs fāžu tilts, divi pretēji virzienā ar balansējošo reaktoru). Pat vienādā DC izvadē, dažādas rektifikācijas shēmas prasa dažādas sekundārās sprieguma un strāvas vērtības. Tāpēc, rektifikācijas transformatoru parametru aprēķins sākas no sekundārās puses un balstās uz specifisku rektifikācijas topoloģiju.

Tā kā rektifikācijas viksnēs strāvas satur bagātīgu augstākās harmoniskās, tās piesārņo AC tīklu un samazina jaudas faktoru. Lai samazinātu harmoniskās un uzlabotu jaudas faktoru, rektifikācijas sistēmas impulsskaitu jāpalielina, parasti to sasniedz izmantojot fāzes nobīdes tehnoloģijas. Fāzes nobīdes mērķis ir ieviest fāzes novietojumu starp homolohiskajiem punktiem sekundārā viksnē.

3.2 Trakcijas DC enerģijas avots

Izmantots būvniecībā vai pilsētu elektrolokomotīvās ar DC pārklājumiem.