Принцип работы и общие сведения о выпрямительных трансформаторах

Принцип работы выпрямительных трансформаторов

Принцип работы выпрямительных трансформаторов такой же, как у обычных трансформаторов. Трансформатор — это устройство, преобразующее переменное напряжение на основе принципа электромагнитной индукции. Как правило, трансформатор имеет две взаимно независимые обмотки: первичную и вторичную, размещённые на общем магнитопроводе. Когда первичная обмотка трансформатора подключается к источнику переменного тока, по обмотке протекает переменный ток, создающий магнитодвижущую силу и, следовательно, переменный магнитный поток в замкнутом сердечнике. Первичная и вторичная обмотки пронизываются линиями магнитного потока, и во вторичной обмотке индуцируется переменное напряжение той же частоты. Отношение напряжений первичной и вторичной обмоток равно отношению чисел витков. Например, если первичная обмотка трансформатора имеет 440 витков, а вторичная — 220 витков, то при входном напряжении на первичной обмотке 220V выходное напряжение на вторичной обмотке составит 110V. Некоторые трансформаторы могут иметь несколько вторичных обмоток и отводов, что позволяет получать несколько выходных напряжений.

Особенности выпрямительных трансформаторов

Выпрямительные трансформаторы используются совместно с выпрямителями, образуя выпрямительные установки, которые позволяют преобразовывать электроэнергию переменного тока в постоянный ток. Выпрямительные установки являются наиболее распространённым источником постоянного тока на современных промышленных предприятиях и широко применяются в таких областях, как передача постоянного тока, электрическая тяга, прокатные станы, гальванотехника и электролиз.

Первичная сторона выпрямительного трансформатора подключается к системе переменного тока (сетевой стороне), а вторичная сторона — к выпрямителю (вентильной стороне). Хотя конструктивный принцип выпрямительных трансформаторов схож с обычными трансформаторами, они обладают специфическими особенностями из-за своего особого вида нагрузки — выпрямителя, в отличие от обычных нагрузок:

1. Несинусоидальные формы кривых тока: каждое плечо выпрямителя проводит ток поочерёдно в течение одного периода, причём время проводимости занимает лишь часть периода. Поэтому форма кривой тока, протекающего через плечо выпрямителя, не является синусоидой, а напоминает прерывистую прямоугольную волну. Формы кривых тока в первичной и вторичной обмотках также несинусоидальны. На рисунке показана форма кривой тока при трёхфазной мостовой схеме соединения YN. При использовании тиристорного выпрямителя чем больше угол задержки (регулирования), тем круче колебания тока и тем больше гармонических составляющих содержится в токе, что увеличивает потери от вихревых токов. Поскольку время проводимости вторичной обмотки занимает лишь часть периода, коэффициент использования выпрямительного трансформатора снижается. По сравнению с обычными трансформаторами выпрямительные трансформаторы при прочих равных условиях имеют большие размеры и массу.

2. Иное соотношение мощностей: у обычных трансформаторов мощности первичной и вторичной сторон равны (если не учитывать потери), и номинальная мощность трансформатора соответствует мощности первичной или вторичной обмотки. Однако у выпрямительных трансформаторов мощности первичной и вторичной обмоток могут быть равными или неравными (например, при однополупериодном выпрямлении) в зависимости от форм кривых тока. Поэтому мощность выпрямительного трансформатора определяется как среднее значение полных мощностей первичной и вторичной обмоток; она называется типовой (эквивалентной) мощностью и вычисляется по формуле S=(S1+S2)/2, где S1 — полная мощность первичной обмотки, а S2 — полная мощность вторичной обмотки.

3. Стойкость к коротким замыканиям: в отличие от обычных трансформаторов, выпрямительные трансформаторы должны строго соответствовать требованиям по стойкости к воздействиям токов короткого замыкания. Поэтому обеспечение динамической стойкости изделия при коротком замыкании является важнейшей задачей при проектировании и производстве.