Трансформаторы для выпрямительных установок

В цепи вторичных обмоток трансформаторов, работающих на выпрямительные установки, включены электрические вентили, пропускающие ток только в одном направлении.

Работа трансформатора совместно с вентильными устройствами имеет свои особенности:

1) форма кривых токов в обмотках несинусоидальная,

2) при некоторых схемах выпрямления имеет место дополнительное подмагничивание сердечника трансформатора,

Возникновение высших гармонических в кривых токов происходит по следующим причинам:

1) вентили, включенные в цепи отдельных фаз вторичной обмотки, пропускают ток только в течение части периода,

2) на стороне постоянного тока преобразователя обычно включают сглаживающий дроссель значительной индуктивности, при котором токи в обмотках трансформатора имеют форму, близкую к прямоугольной.

Высшие гармонические токов вызывают дополнительные потери в обмотках и магнитопроводе, поэтому во избежание перегрева вынуждены увеличивать габаритные размеры и массу трансформаторов в схемах выпрямления.

Дополнительное подмагничивание сердечника трансформатора имеет место при использовании однополупериодных схем выпрямления.

В однофазной однополупериодной схеме выпрямления ток вторичной обмотки i2 пульсирующий и имеет две составляющие: постоянную iд и переменную iпер:

i2 = iд + iпер

Постоянная составляющая зависит от значений выпрямленного напряжения Uд и нагрузки Zn.

Действующее значение ее определяется из выражения:

Iд = √2Uд / πZn

Таким образом, уравнение равновесия магнитодвижущих сил можно записать в следующем виде:

i1W1 + iдW2 + iперW2 = i0W1

В этом выражении все составляющие являются переменными величинами кроме iдW2. А это означает, что последняя не может трансформироваться в первичную обмотку (трансформатор на постоянном токе не работает) и, следовательно, не может быть уравновешена. Поэтому МДС iдW2 создает в магнитопроводе дополнительный магнитный поток, который называют потоком вынужденного намагничивания. Для того чтобы этот поток не вызвал недопустимого насыщения магнитной системы, увеличивают размеры магнитопровода.

Для компенсации вынужденного намагничивания в однополупериодных схемах выпрямления используют схему соединения обмоток Y/Zн или компенсационные обмотки. Принцип компенсации потоков вынужденного намагничивания аналогичен компенсации потоков нулевой последовательности.

Следует отметить, что в двухполупериодных схемах выпрямления, когда ток во вторичной цепи создается в течение обоих полупериодов, дополнительного потока вынужденного намагничивания не возникает.

Таким образом, из-за наличия высших гармонических токов и потока вынужденного намагничивания трансформаторы в выпрямительных установках имеют размеры большие, чем обычные трансформаторы, и, следовательно, большую стоимость. В связи с тем, что первичный и вторичный токи трансформатора неодинаковы, неодинаковы и расчетные мощности обмоток. Поэтому вводится понятие типовой мощности Sтип:

Sтип = (S1н + S2н) / 2,

где S1н и S2н — номинальные мощности первичной и вторичной обмоток, кВ-А.

Так как выходная мощность Рд: Рд = UдIд не равна типовой, использование трансформатора характеризуется также коэффициентом типовой мощности Ктип:

Ктип = Sтип/Рд.

Типовая мощность трансформатора всегда больше его выходной I2 >Iд и U2 >Uд

Отношение U2/Uд = Кu называется коэффициентом выпрямления. При выборе схемы выпрямления необходимо знать значения Ки и Ктип. В таблице приведены их значения для наиболее распространенных схем выпрямления.