Принцип работы выпрямительного трансформатора
Принцип работы выпрямительного трансформатора аналогичен принципу работы обычного трансформатора. Трансформатор — это устройство, преобразующее переменное напряжение на основе закона электромагнитной индукции. Как правило, трансформатор имеет две независимые обмотки — первичную и вторичную, расположенные на общем магнитопроводе. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока через неё протекает переменный ток, создающий намагничивающую силу и, соответственно, переменный магнитный поток в замкнутом магнитопроводе. Первичная и вторичная обмотки пересекают линии магнитного потока, вследствие чего во вторичной обмотке индуцируется переменное напряжение той же частоты. Отношение напряжений первичной и вторичной обмоток равно отношению их числа витков. Например, если первичная обмотка трансформатора имеет 440 витков, вторичная — 220 витков, а входное напряжение на первичной стороне составляет 220 В, то выходное напряжение вторичной обмотки будет равно 110 В. Ряд трансформаторов может иметь несколько вторичных обмоток и отводов, что позволяет получать несколько значений выходного напряжения.
Особенности выпрямительных трансформаторов
Выпрямительные трансформаторы применяются совместно с выпрямителями, образуя выпрямительные установки, обеспечивающие преобразование переменного тока в постоянный. Выпрямительные установки являются наиболее распространённым источником постоянного тока на современных промышленных предприятиях и широко используются в таких областях, как передача постоянного тока, электрическая тяга, прокатные станы, гальваника и электролиз.
Первичная обмотка выпрямительного трансформатора подключается к системе переменного тока — сетевой стороне, а вторичная обмотка — к выпрямителю, то есть к вентильной стороне. Несмотря на то что конструктивный принцип выпрямительного трансформатора схож с принципом обычного трансформатора, специфика нагрузки — выпрямителя — обусловливает ряд характерных особенностей:
1. Несинусоидальные формы токов
Каждое плечо выпрямителя проводит ток поочерёдно в течение одного периода, причём время проводимости составляет лишь часть периода. В связи с этим форма тока, протекающего через плечо выпрямителя, не является синусоидальной, а представляет собой прерывистую прямоугольную волну. Формы токов как в первичной, так и во вторичной обмотках также являются несинусоидальными. На рисунке показана форма тока при трёхфазном мостовом соединении YN. При использовании тиристорного выпрямителя увеличение угла задержки приводит к более резким колебаниям тока и росту числа гармонических составляющих, что влечёт за собой увеличение потерь от вихревых токов. Поскольку время проводимости вторичной обмотки составляет лишь часть периода, коэффициент использования выпрямительного трансформатора снижается. По сравнению с обычными трансформаторами аналогичной мощности выпрямительные трансформаторы имеют бо́льшие габариты и массу.
2. Различная эквивалентная мощность
В обычных трансформаторах мощности первичной и вторичной сторон равны (без учёта потерь), а мощность трансформатора определяется мощностью первичной или вторичной обмотки. В выпрямительных трансформаторах мощности первичной и вторичной обмоток могут быть как равными, так и неравными (например, при однополупериодном выпрямлении) — в зависимости от форм токов. Поэтому мощность выпрямительного трансформатора определяется как среднее арифметическое полных мощностей первичной и вторичной обмоток и называется эквивалентной мощностью:
S = (S₁ + S₂) / 2
где S₁ — полная мощность первичной обмотки, S₂ — полная мощность вторичной обмотки.
3. Стойкость к токам короткого замыкания
В отличие от обычных трансформаторов, к выпрямительным трансформаторам предъявляются жёсткие требования по стойкости к электродинамическим усилиям при коротком замыкании. Обеспечение динамической стойкости изделия к токам короткого замыкания является одной из ключевых задач при проектировании и изготовлении данного вида оборудования.