1. Шта је исправљачки трансформатор?
Исправљачки трансформатор је посебан енергетски трансформатор дизајниран посебно за исправљачке системе. Његова основна функција је да смањи или повећа напон наизменичне мреже до нивоа који захтева исправљачка јединица, док истовремено обезбеђује електричну изолацију и потискује хармонијске сметње са стране исправљача назад у мрежу. Он испоручује одговарајућу улазну снагу наизменичне струје за исправљачке уређаје као што су диоде и тиристори.
Постоје суштинске разлике између исправљачких трансформатора и обичних енергетских трансформатора:
Карактеристике оптерећења: Енергетски трансформатори снабдевају оптерећење линеарне импедансе са синусоидним излазним струјама. Исправљачки трансформатори напајају нелинеарна оптерећења исправљача, тако да се струје намотаја појављују као пулсирајући правоугаони таласни облици са високим садржајем хармоника и додатним губицима.
Структура намотаја: Енергетски трансформатори обично имају једноставну структуру са два намотаја. Исправљачки трансформатори често користе подељене намотаје или намотаје са померањем фазе, а секундарна страна може да емитује вишефазне напоне како би смањила таласање ДЦ излаза.
Стандарди дизајна: Исправљачки трансформатори морају узети у обзир посебне радне услове као што су хармонијски пораст температуре, комутациони пренапон и ограничење струје кратког споја, тако да генерално имају веће маргине изолације и капацитет хлађења од енергетских трансформатора истог капацитета.
2. Принцип рада исправљачких трансформатора
Основни принцип рада исправљачког трансформатора следи Фарадејев закон електромагнетне индукције. Остварује конверзију напона кроз однос навоја између примарног и секундарног намотаја. Његов посебан значај лежи у његовој сарадњи са исправљачким колом за постизање АЦ-ДЦ конверзије и побољшање квалитета излаза једносмерне струје кроз фазно померање намотаја.
Основна конверзија напонаПримарна страна је повезана са АЦ мрежом. Наизменична струја генерише наизменично магнетно поље у језгру, а секундарни намотај индукује наизменични напон на потребном нивоу, који се затим шаље у коло исправљачког моста.
Вишефазна ректификација са померањем фазеКоришћењем различитих група за повезивање намотаја, као што су Дин11 и Ди5, и дизајна са померањем фазе, секундарна страна може да даје 6-фазну, 12-фазну или чак 24-фазну наизменичну струју. Када се координира са исправљачем, ово формира вишепулсни систем исправљања. Више фаза генерално доводи до нижег таласања једносмерног напона и смањеног садржаја хармоника.
Ограничавање струје импедансеИсправљачки трансформатори су пројектовани са специфичном импедансом кратког споја, обично 5% до 12%. Ово ограничава струју кратког споја током комутације исправљача и штити уређаје и намотаје исправљача. Неки дизајни високе импедансе могу заменити спољне реакторе.
3. Главни типови исправљачких трансформатора
3.1 По броју фазе
Трофазни исправљачки трансформатор: Главна индустријска конфигурација, погодна за апликације велике снаге као што су електролиза, металургија и вуча. Капацитети се крећу од неколико стотина кВА до стотина хиљада кВА.
Монофазни исправљачки трансформатор: Углавном се користи у апликацијама мале снаге као што су електростатички филтери, мала опрема за галванизацију и лабораторијска напајања, обично са релативно малим капацитетом.
3.2 Методом хлађења
Трансформатор исправљача потопљен у уље: Користи трансформаторско уље за изолацију и хлађење. Уобичајени облици укључују ОНАН, ОНАФ и ОФАФ. Има јаку способност дисипације топлоте и погодан је за индустријска окружења великог капацитета и високог оптерећења.
Исправљачки трансформатор сувог типа: Користи ливење од епоксидне смоле или НОМЕКС папирну изолацију. Има дизајн без уља и високу сигурност од пожара и често се користи у затвореним постројењима, дата центрима и медицинској опреми.
3.3 По броју импулса исправљача
6-импулсни исправљачки трансформатор: Основна конфигурација са једноставном структуром и ниском ценом, али релативно високим хармоницима. Погодно за опште индустријске сценарије где захтеви за квалитет електричне енергије нису строги.
12-пулсни исправљачки трансформатор: Користи два секундарна намотаја са фазним помаком од 30 степени, значајно смањујући хармонике. Тренутно је главна конфигурација у индустријским ДЦ погонима и индустрији електролизе.
24-пулсни или виши исправљачки трансформатор: Користи дизајн са више намотаја и вишефазног померања за одлично потискивање хармоника. Углавном се користи у високо прецизним ДЦ изворима напајања, производњи зеленог водоника и флексибилном ДЦ преносу.
3.4 По апликацији
Исправљачки трансформатори се такође могу категорисати према индустрији, укључујући електролизу, металургију, вучу, електростатичке преципитације и апликације за пуњење. Свака категорија је оптимизована за специфичне захтеве у погледу импедансе, опсега регулације напона и могућности преоптерећења.
4. Основне области примене
4.1 Електрохемијска индустрија
Ово је једна од највећих области примене за исправљачке трансформаторе, укључујући електролизу алуминијума, електролизу бакра, производњу хлор-алкалних хемикалија, електролизу мангана и производњу графита. Ови процеси захтевају велико, континуирано и стабилно напајање једносмерном струјом. Исправљачки трансформатори са померањем фазе велике струје могу да испоруче десетине хиљада ампера једносмерне струје, подржавајући ниске губитке, велико преоптерећење и поуздан рад у тешким индустријским окружењима.
4.2 Металургија и прерада метала
Исправљачки трансформатори се користе у ДЦ погонима и изворима напајања за грејање за ваљаонице, линије за галванизацију, лучне пећи и пећи средње фреквенције. Морају издржати честа ударна оптерећења и краткотрајна преоптерећења, тако да су механичка чврстоћа и термичка стабилност критичне.
4.3 Погони и индустријска контрола
У рударским дизалицама, великим компресорима, лучким дизалицама и сличној опреми, исправљачки трансформатори раде са тиристорским исправљачима како би постигли прецизну контролу брзине и обртног момента. Ови системи обично нуде брз динамички одговор и широк опсег регулације брзине.
4.4 Обновљива енергија и складиштење енергије
Производња зеленог водоника: Алкални и ПЕМ електролизатори захтевају једносмерну струју ниског таласа, коју често обезбеђују системи трансформатора исправљача са 12 импулса или више.
Складиштење енергије у мрежи: Исправљачки трансформатори подржавају двосмерну конверзију снаге и изолацију мреже за ПЦС системе у станицама за складиштење енергије батерија.
ДЦ пуњење велике снаге: Кластер станице за пуњење користе исправљачке трансформаторе за централизовано једносмерно напајање и побољшани квалитет електричне енергије на мрежи.
4.5 Друге апликације
Остале типичне употребе укључују напајање за вучу шином, високонапонску електростатичку преципитацију, изворе напајања једносмерном струјом и системе катодне заштите.
5. Кључни критеријуми за избор
5.1 Усклађивање капацитета и напона
Приликом одређивања капацитета трансформатора морају се узети у обзир излазна снага једносмерне струје и топологија кола исправљача. Пошто исправљачка кола не користе намотаје у потпуности као конвенционална оптерећења, треба применити факторе корекције капацитета. На пример, фактор искоришћења за трофазни мостни исправљач је приближно 0,816, док је за шестофазни полуталасни исправљач око 0,55. Примарни напон мора одговарати нивоу мреже, као што је 10 кВ, 35 кВ или 110 кВ, а секундарни напон мора одговарати потребном ДЦ излазу.
5.2 Група везе и пулсни број
За обична оптерећења, 6-пулсна Дин11 конфигурација је често најисплативији избор.
За индустријске примене са вишим захтевима за квалитет енергије, обично се преферира 12-пулсна шема са два секундарна намотаја померена за 30 степени.
За апликације високе прецизности и ниске хармонике, могу бити потребни вишефазни дизајни са 24 импулса или више.
5.3 Дизајн импедансе
Конвенционалне индустријске примене обично користе напон импедансе од 5% до 8%. Примене у електролизи често користе 7% до 8% да би ограничиле струје кратког споја. Електростатички филтери и сличне апликације могу да користе импедансе изнад 12%, понекад елиминишући потребу за спољним реакторима. Прениска импеданса повећава ризик од кратког споја, док превисока импеданса повећава губитке и пад напона.
5.4 Метода хлађења
Исправљачки трансформатори сувог типа су генерално пожељни за унутрашње инсталације испод 2500 кВА.
ОНАН/ОНАФ трансформатори потопљени у уље су пожељни за апликације великог капацитета на отвореном и тешке индустрије.
Јединице ултра великог капацитета могу користити принудну циркулацију уља или водено хлађење за већу ефикасност одвођења топлоте.
5.5 Стандарди и усклађеност
Исправљачки трансформатори треба да буду у складу са ИЕЦ 60076, ГБ/Т 17467 и другим важећим стандардима. Извозни производи могу захтевати ЦЕ, ГОСТ-УЗ или друге регионалне сертификате. За дугорочну поузданост се препоручују силиконски челик високог квалитета и бакарни намотаји без кисеоника.
6. Одржавање и уобичајено решавање проблема
6.1 Ставке рутинске инспекције
Трансформатори потопљени у уље: Редовно проверавајте ниво уља, температуру уља, боју уља, стање чахуре, цурење, ознаке пражњења и радни звук. Диелектричну чврстоћу и диелектричне губитке изолационог уља такође треба периодично тестирати.
Трансформатори сувог типа: Проверите накупљање прашине у намотајима, рад вентилатора, очитавања регулатора температуре и завртње за причвршћивање.
Електрични параметри: Пратите струју оптерећења, садржај хармоника и температуру намотаја и избегавајте продужени рад преоптерећења.
6.2 Уобичајени кварови и превенција
Хармонично прегревање: Високи хармоници од оптерећења исправљача повећавају додатне губитке и могу изазвати локално прегревање намотаја. Превенција укључује разуман избор броја импулса, силиконске челичне лимове са малим губицима, оптимизоване структуре хлађења и редовно мерење хармоника.
Убрзано старење изолације: Хармонични пренапон и локално прегревање могу убрзати пропадање изолације. Превенција укључује изолационе материјале високе температуре, уређаје за заштиту од пренапона и избегавање дуготрајног преоптерећења.
Оштећење од пренапона комутације: Преклопни пренапони који настају током комутације тиристора могу оштетити изолацију намотаја. Превенција укључује РЦ снуббер кола, одводнике грома и побољшану изолацију између завоја.
6.3 Препоручени распоред одржавања
Рутинска инспекција: Најмање једном недељно, са повећаном учесталошћу током периода високе температуре и великог оптерећења.
Анализа квалитета уља: Једном годишње; након пет година рада, сваких шест месеци.
Одржавање у прекиду: сваке 2 до 3 године, укључујући свеобухватну инспекцију намотаја, језгара, причвршћивача и заштитних уређаја.
Закључак
Као основна опрема за напајање у индустријским ДЦ системима, исправљачки трансформатор директно утиче на ефикасност производње и сигурност рада. Избор треба да се заснива на карактеристикама оптерећења, захтевима за квалитет електричне енергије и условима уградње, а приоритет треба дати добављачима са могућностима прилагођеног дизајна и доказаним искуством у индустрији. Професионална решења трансформатора исправљача, са технологијом померања фазе, дизајном са малим губицима и јаком способношћу преоптерећења, могу поуздано да подрже индустријска напајања једносмерном струјом у електролизи, металургији, обновљивој енергији и многим другим пољима.
Ако вам је потребна одређена класа напона или препорука за капацитет, параметри се могу даље прецизирати на основу стварних услова рада.
