Transformador Rectificador: Prinsipyong Paggana & mga Aplikasyon
1. Transformer na Rectifier: Prinsipyo at Pananaw
Ang transformer na rectifier ay isang espesyalisadong transformer na disenyo para sa pagbibigay ng sistema ng rectifier. Ang prinsipyo nito sa paggawa ay kapareho ng isang normal na transformer — ito ay gumagana batay sa elektromagnetikong induksyon at ginagamit upang baguhin ang alternating voltage. Isang tipikal na transformer ay may dalawang elektrikong hiwalay na windings — primary at secondary — na nakabalot sa paligid ng iisang bakal na core.
Kapag ang primary winding ay konektado sa isang AC power source, ang alternating current ay lumiliko dito, nagpapabuo ng magnetomotive force (MMF), na nagpapabuo ng alternating magnetic flux sa saradong bakal na core. Ang pagbabago ng flux na ito ay kumukunsulta sa parehong primary at secondary windings, na nagpapabuo ng alternating voltage ng parehong frequency sa secondary winding.
Ang ratio ng bilang ng turns sa pagitan ng primary at secondary windings ay katumbas ng ratio ng voltage. Halimbawa, kung ang isang transformer ay may 440 turns sa primary at 220 turns sa secondary, at may 220V input sa primary side, ang output voltage sa secondary ay magiging 110V. Ilang mga transformer ay maaaring may maramihang secondary windings o taps, na nagbibigay ng iba't ibang output voltages.
2. Katangian ng Transformer na Rectifier
Ang mga transformer na rectifier ay nagtatrabaho kasama ng mga rectifier upang bumuo ng kagamitan ng rectification, na nagbibigay ng pagbabago ng AC power sa DC power. Ang mga sistema ng rectifier na ito ang pinakakaraniwang ginagamit na DC power sources sa modernong industriyal na mga enterprise, malawakang ginagamit sa HVDC transmission, electric traction, rolling mills, electroplating, electrolysis, at iba pang mga larangan.
Ang primary (o tinatawag din na network side) ng isang transformer na rectifier ay konektado sa AC power grid, habang ang secondary (o tinatawag din na valve side) ay konektado sa rectifier. Bagama't ang basic structure at operating principle nito ay kapareho ng isang conventional na transformer, ang load — ang rectifier — ay lubhang iba sa normal na loads, na nagreresulta sa natatanging disenyo at operational characteristics:
2.2 Non-Sinusoidal Current Waveforms
Sa isang rectifier circuit, bawat arm ay nag-conduct lamang sa bahagi ng cycle, na nagreresulta sa non-sinusoidal current waveforms — karaniwan na malapit sa discontinuous rectangular pulses. Bilang resulta, ang primary at secondary winding currents ay non-sinusoidal.
Halimbawa, sa isang three-phase bridge rectifier na may Y/Y connection, ang current waveform ay nagpapakita ng malinaw na pulse patterns. Kapag ang thyristors ay ginagamit para sa rectification, ang mas malaking firing delay angle, ang mas matinding pagtaas/pagbaba ng current, na nagdudulot ng mas mataas na harmonic content. Ito ay nagreresulta sa mas mataas na eddy current losses. Dahil ang secondary winding ay nag-conduct ng current lamang sa bahagi ng oras, ang utilization rate ng transformer na rectifier ay mas mababa kaysa sa isang conventional na transformer. Kaya, para sa parehong power rating, ang mga transformer na rectifier ay tiyak na mas malaki at mas mabigat.
2.3 Equivalent (Average) Apparent Power Rating
Sa isang conventional na transformer, ang input at output power ay pantay-pantay (ignoring losses), kaya ang rated capacity ay simpleng ang apparent power ng anumang winding. Gayunpaman, sa isang transformer na rectifier, ang primary at secondary currents maaaring magkaiba sa waveform (halimbawa, sa half-wave rectification), na nagreresulta sa hindi pantay na apparent powers.
Kaya, ang capacity ng transformer ay inilalarawan bilang ang average ng primary at secondary apparent powers, na kilala bilang equivalent capacity:
kung saan S1 ang primary apparent power at S2 ang secondary apparent power.
2.4 Mataas na Short-Circuit Withstand Capability
Ang mga transformer na rectifier ay dapat may mataas na mechanical strength upang makatiis sa short-circuit electromagnetic forces dahil sa madalas na mga fault o biglaang pagbabago ng load (halimbawa, motor starting). Ang pagsiguro ng dynamic stability sa ilalim ng kondisyon ng short-circuit ay isang mahalagang konsiderasyon sa disenyo at paggawa.
3.Pangunahing Application ng Transformer na Rectifier
Ang mga transformer na rectifier ay gumagampan bilang power source para sa kagamitan ng rectifier. Ang pangunahing katangian nito ay ang pagbabago ng AC input sa primary side sa DC output sa pamamagitan ng mga elementong rectifying sa secondary side. "Power conversion" kasama ang rectification, inversion, at frequency conversion, kung saan ang rectification ang pinakakaraniwang ginagamit. Ang mga transformer na ginagamit para sa pagbibigay ng rectifier devices ay tinatawag na transformer na rectifier. Ang karamihan sa industriyal na DC power supplies ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsasama ng AC grids, transformers na rectifier, at circuits ng rectifier.
3.1 Electrochemical Industry
Ito ang pinakamalaking application area para sa mga transformer na rectifier:
Electrolysis ng metal compounds upang makabuo ng aluminum, magnesium, copper, at iba pang non-ferrous metals
Chlor-alkali production sa pamamagitan ng saltwater electrolysis
Pagbuo ng hydrogen at oxygen sa pamamagitan ng water electrolysis
Ang mga proseso na ito ay nangangailangan ng high-current, low-voltage DC power, na may ilang katangian na katulad ng mga electric arc furnace transformers. Dahil dito, ang mga transformer na rectifier ay may mga katangian ng disenyo na katulad ng mga furnace transformers.
Ang pinaka-distinctive feature ng mga transformer na rectifier ay ang secondary current na hindi na sinusoidal AC. Dahil sa unidirectional conduction ng mga elementong rectifying, ang phase currents ay naging pulsating at unidirectional. Matapos ang filtering, ang pulsating current na ito ay naging smooth DC.
Ang secondary voltage at current ay depende hindi lamang sa transformer capacity at connection group kundi pati na rin sa configuration ng rectifier circuit (halimbawa, three-phase bridge, dual anti-parallel with balancing reactor). Kahit para sa parehong DC output, ang iba't ibang rectifier circuits ay nangangailangan ng iba't ibang secondary voltages at currents. Kaya, ang parameter calculation para sa mga transformer na rectifier ay nagsisimula mula sa secondary side at batay sa tiyak na rectifier topology.
Dahil ang rectifier winding currents ay naglalaman ng maraming high-order harmonics, ito ay sumusunog sa AC grid at binabawasan ang power factor. Upang mabawasan ang harmonics at mapabuti ang power factor, ang pulse number ng rectifier system ay dapat mapabilis, na karaniwang naaabot sa pamamagitan ng phase-shifting techniques. Ang layunin ng phase shifting ay ipasok ang isang phase displacement sa pagitan ng line voltages sa homologous terminals ng secondary windings.
3.2 Traction DC Power Supply
Ginagamit sa mining o urban electric locomotives na may DC overhead lines.
Madalas na short-circuit faults dahil sa exposure ng overhead line
Malaking pagbabago sa DC load
Madalas na motor starting na nagdudulot ng short-term overloads
Upang makatiis sa mga kondisyong ito:
Mas mababang temperature rise limits
Mas mababang current density
Impedance na humigit-kumulang 30% mas mataas kaysa sa standard power transformers
3.3 Industrial Drive DC Power Supply
Pangunahing ginagamit upang magbigay ng DC motors sa mga electric drive systems, tulad ng:
Armature at field excitation para sa rolling mill motors
3.4 High-Voltage Direct Current (HVDC) Transmission
Operating voltages na karaniwang higit sa 110 kV
Capacities na nasa range mula tens of thousands hanggang hundreds of thousands ng kVA
Espesyal na pag-aandar para sa combined AC at DC insulation stress sa ground
Iba pang Applications:
DC power para sa electroplating o electro-machining
Excitation power supplies para sa generators
Battery charging systems
Electrostatic precipitator (ESP) power supplies
