Разбиране на вариациите на ректификаторите и трансформаторите за напрежение

Разлики между правоъгълни трансформатори и електропреобразувателни трансформатори

Правоъгълните трансформатори и електропреобразувателните трансформатори са част от семейството на трансформаторите, но те се различават фундаментално по приложение и функционални характеристики. Трансформаторите, обикновено видими на електрическите стълбове, са типично електропреобразувателни трансформатори, докато тези, които доставят електролизни клетки или оборудване за гальванично покриване в заводи, обикновено са правоъгълни трансформатори. За да разберем техните разлики, трябва да разгледаме три аспекта: работен принцип, конструктивни особености и условия на работа.

От функционална гледна точка, електропреобразувателните трансформатори предимно се занимават с преобразуване на нивата на напрежението. Например, те увеличават изхода на генератора от 35 кВ до 220 кВ за дълготрайна преносимост, след което го намаляват до 10 кВ за разпределение в общността. Тези трансформатори действат като превозвачи в електрическата система, концентрирайки се само върху преобразуването на напрежението. В сравнение, правоъгълните трансформатори са проектирани за преобразуване от алтернативен ток (AC) към постоянен ток (DC), често се комбинират с правоъгълни устройства, за да преобразуват AC в специфични DC напрежения. Например, в системите за транспортна тяга, правоъгълните трансформатори преобразуват сетевия AC ток в 1,500 V DC, за да задвижат влаковете.

Конструктивният дизайн показва значителни различия. Електропреобразувателните трансформатори подчертават линейно преобразуване на напрежението, с прецизни отношения между витковете на високо и ниско напрежение. Правоъгълните трансформатори обаче трябва да вземат предвид хармониите, породени при правоъгълното преобразуване. Их вторични виткове често използват специални конфигурации, като многобройни разклонения или делта-връзки, за да потискат определени хармонични редове. Например, моделът ZHSFPT от един производител използва тривиткова структура с фазово-сместващ дизайн, за да намали ефективно 5-ти и 7-ми хармонични загрязнения на мрежата.

Изборът на материал за ядрото също отразява функционалните нужди. Електропреобразувателните трансформатори обикновено използват стандартна зърнеста ориентирана силиконова стомана за ниски загуби и висока ефективност. Правоъгълните трансформатори, подложени на несинусоидни токове, често използват високопроникаема студена валчеста силиконова стомана; някои модели с висока мощност дори използват аморфни сплавни ядра. Тестови данни показват, че при еднаква капацитет, правоъгълните трансформатори обикновено имат с 15%–20% по-високи безнагласни загуби от електропреобразувателните трансформатори, поради техните уникални операционни стресове.

Условията на работа са драстично различни. Електропреобразувателните трансформатори работят при относително стабилни натоварвания, с фиксирана мрежева честота от 50 Hz и температура на околната среда от -25°C до 40°C. Правоъгълните трансформатори се сблъскват с комплексни условия: алюминиеви електролизни заводи може да преживеят десетки колебания на натоварването на ден, с моментни токови вълни, надхвърлящи номиналните стойности с 30%. Полеви мерене от един плавителен завод показва, че температурата на горещите точки на витковете в правоъгълните трансформатори може да се увеличи от 70°C до 105°C при стартиране на електролизера, изисквайки по-висока термална стабилност от изолационните материали.

Дизайнът на защитата също варира. Електропреобразувателните трансформатори се фокусират върху защита от буря и влага, обикновено с IP23 клас. Правоъгълните трансформатори, често инсталирани в индустриални среди с корозивни газове, използват неръждаеми стоманени корпуси и по-високи степени на защита, като IP54. Някои химически заводи дори оборудват своите правоъгълни трансформатори с притиснати вентилационни системи, за да предотвратят проникването на кисели газове.

Циклите на поддръжка също са различни. Стандартните електропреобразувателни трансформатори се инспектират всяка шест години, както предвижда националното законодателство. Обаче, записите за поддръжка от един стален завод показват, че правоъгълните трансформатори в непрекъснати литейни линии изискват замяна на печатите всеки две години и тестове за деформация на витковете всеки три години, поради ускорено стареене от по-силни механични стресове при правоъгълни условия.

Структурите на разходите също са значително различни. За единица от 1,000 kVA, стандартният електропреобразувателен трансформатор струва около 250,000 CNY, докато сравнимият правоъгълен трансформатор обикновено струва над 40% повече. Това произтича от увеличено използване на материали поради сложни виткови структури и добавени компоненти за подавяне на хармониите. Производствените данни от един завод показват, че правоъгълните трансформатори използват 18% повече мед и 12% повече силиконова стомана от равнозначните електропреобразувателни трансформатори.

Сценарии на приложение са ясно различни. Електропреобразувателните трансформатори са широко разпространени в трансформаторни станции, жилищни райони и търговски комплекси, извършващи основното разпределение на енергията. Правоъгълните трансформатори обслужват специализирани индустрии: транспортни тяги, хлор-алкални заводи за електролиз и PV станции за инверторни системи. Например, в обновяемата енергия, един соларен парк разполага с 24 правоъгълни трансформатора, за да инвертира DC от фотоелектрични панели в AC, съвместим с мрежата.

Техническите параметри също се различават. Електропреобразувателните трансформатори обикновено имат краткосрочни импедансни препятствия от 4%–8%, оптимизирани за стабилност на системата. Правоъгълните трансформатори изискват прецизни изчисления на импеданса; проектните документи за един модел посочват 8.5%, за да ограничат тока при авария и да осигурят безопасна работа на правоъгълния преобразувател. По отношение на температурното повишаване, електропреобразувателните трансформатори ограничават температурата на горното масло до 95°C, докато правоъгълните трансформатори допускат временни върхове до 105°C, както е явно посочено в техническите спецификации.

Стандартите за енергийна ефективност също се различават. Електропреобразувателните трансформатори трябва да съответстват на стандарти за ефективност GB 20052, с строги ограничения за безнагласни и нагласни загуби за Клас I ефективност. Правоъгълните трансформатори все още не са покрити от задължителни национални стандарти за ефективност, въпреки че водещите производители следват IEEE C57.18.10. Сравнителни тестови данни показват, че напредъкът в правоъгълните трансформатори достига 12% по-висока обща ефективност от традиционните модели, спестявайки десетки хиляди CNY на година в разходи за електроенергия.

Изборът зависи много от приложението. За разпределителна станция в жилищен район, SCB13 сух трансформатор за електропреобразуване е достатъчен. За линия за гальванично покриване, правоъгълен трансформатор с балансиращ реактор, като серията ZHS, е необходим. Предупредителен пример идва от автомобилен завод, който по грешка използва стандартен електропреобразувателен трансформатор за електрофоретично покриване, причинявайки насыщаване на ядрото поради DC офсет, което доведе до изгаряне на витковете в рамките на три месеца.

Бъдещите тенденции се различават. Електропреобразувателните трансформатори се развиват към интелигентност, с много нови модели, интегриращи онлайн мониторинг. Правоъгълните трансформатори продължават да правят пробиви в подавянето на хармониите; най-новият модел на един бренд използва динамично регулиране на напрежението, за да намали входната страна на хармоничната искаженост от 28% до под 5%. Тези технологични еволюции са тясно свързани с техните съответни приложения.