Трансформатори для випрямних пристроїв

image004

Рис.2.1.9. Схема силового трансформатора і графіки ЕРС і струму при однофазному однонапівперіодному випрямленні

Головний елемент випрямного пристрою — силовий трансформатор. Особливість роботи такого трансформатора обумовлена наявністю у його вторинному ланцюзі діодів — напівпровідникових елементів, що володіють провідністю в одному напрямку.

Розглянемо роботу однофазного трансформатора в однонапівперіодному випрямлячі (рис. 2.1.9, а). Струм і2 у вторинній обмотці трансформатора утворюється тільки додатніми півхвилями вторинної ЕРС е2 і тому є пульсуючим,тобто несинусоїдальним (рис.2.1.9, б). Цей несинусоїдальний струм можна розкласти в гармонічний ряд , тобто представити у вигляді суми постійного і змінного синусоїдальних струмів з кутовими частотами w, 2w, 4w і т.д.:

і2 = (І2max/p) + (I2max/2)sinwt — (2I2max/2)coswt —

— [2I2max/(3×5p)]cos4wt, (2.1.37)

де І2max — амплітудне значення струму і2.

Перша складова цього ряду

Id = I2max/p (2.1.38)

— постійна складова випрямленого струму. Друга складова

i2гол = 0,5I2maxsin wt (2.1.39)

— змінний струм головної (першої) гармоніки, частота якої дорівнює кутовій частоті струму мережі w. Решта складових гармонічного ряду є вищими гармоніками вторинного струму, оскільки кутові частоти цих струмів в 2, 4, 6 і т.д. раз перевищують головну кутову частоту w. Амплітуди струмів вищих гармонік набагато менші амплітуди головної гармоніки (І2max/2), тому при подальшому розгляді питання ними можна знехтувати і з деяким припущенням прийняти пульсуючий струм у вторинному колі трансформатора складеним з двох складових: постійної Іd і змінної і2гол, частота якої рівна частоті струму в мережі w:

i2 = Id + i2гол. (2.1.40)

Нехтуючи струмом холостого ходу і враховуючи (2.1.40), запишемо рівняння магніторушійних сил трансформатора в схемі випрямлення

i1w1 + i2w2 = t1w1 + Idw2 + i2голw2 = 0. (2.1.41)

Магніторушійна сила постійної складової Іdw2 створює в магнітопроводі трансформатора постійний магнітний потік Фd. Так як dФd/dt = 0, то потік Ф, що називається потоком примусового намагнічування, електрорушійних сил в обмотках трансформатора не наводить, і тому не компенсується магніторушійною силою первинної обмотки і1w1. В результаті потік Фd створює додаткове підмагнічування магнітопроводу трансформатора. Це призводить до підсилення магнітного насичення магнітопроводу і викликає збільшення намагнічуючого струму, а тому, і збільшення первинного струму. В результаті збільшуються втрати і збільшується нагрів трансформатора, а його ККД зменшується. Так, наприклад, в однофазній схемі однонапівперіодного випрямлення потужність на вході трансформатора в 2.69 раза перевищує корисну потужність на виході Рd = UdId, тобто Р1 = 2,69Рd. В схемах двонапівперіодного випрямлення струм в навантаженні Rн створюється на протязі обох напівперіодів змінного струму. В цьому випадку використовувана трансформатором потужність Р1 = 1,23Рd, тобто умови роботи трансформатора більш сприятливі.

Вибір силового трансформатора для випрямляча проводиться за типовою потужностю Sт, що являє собою середнє арифметичне значення номінальних потужностей первинної S і вторинної S обмоток трансформатора:

Sт = 0,5(S1т + S2т) = 0,5m(U1номI1ном +U2ном I2ном), (2.1.42)

де m — число фаз (m = 1 для однофазного і m = 3 для трифазного трансформаторів).

У випадку трифазного трансформатора у (2.1.42) підставляють фазні значення струмів напруг.

Типову потужність вибраного трансформатора запишемо у вигляді

Sт = ктUdномIdном, (2.1.43)

де кт — коефіцієнт типової потужності; Udном і Іdном — необхідні номінальні значення постійної напруги і струму.

Необхідне номінальне значення вторинної напруги трансформатора

U2ном = кu Udном , (2.1.44)

де кu — коефіцієнт напруги.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”

Оставьте комментарий к статье