Entendre les variacions dels redressadors i transformadors de potència
Diferències entre transformadors rectificadors i transformadors d'energia
Els transformadors rectificadors i els transformadors d'energia formen part de la família dels transformadors, però difereixen fonamentalment en la seva aplicació i característiques funcionals. Els transformadors que sovint es veuen als postes elèctrics són típicament transformadors d'energia, mentre que els que subministren cèl·lules electrolítiques o maquinària d'electroplacat a les fàbriques són generalment transformadors rectificadors. Comprendre les seves diferències requereix examinar tres aspectes: principi de treball, característiques estructurals i entorn operatiu.
Des d'un punt de vista funcional, els transformadors d'energia es dediquen principalment a la conversió del nivell de tensió. Per exemple, augmenten la sortida del generador de 35 kV a 220 kV per a la transmissió a llarga distància, després la reduïxen a 10 kV per a la distribució comunitària. Aquests transformadors actuen com a transportistes en el sistema d'energia, centrant-se exclusivament en la transformació de tensió. En canvi, els transformadors rectificadors estan dissenyats per a la conversió AC-DC, sovint emparellats amb dispositius de retificació per convertir l'AC en tensions DC específiques. Per exemple, en els sistemes de tracció del metro, els transformadors rectificadors converteixen l'energia AC de la xarxa en 1.500 V DC per a la propulsió dels trens.
El disseny estructural revela diferències significatives. Els transformadors d'energia enfocen la transformació lineal de tensió, amb relacions de voltants precises entre els voltants de baixa i alta tensió. Els transformadors rectificadors, tanmateix, han de tenir en compte els harmònics generats durant la retificació. Els seus voltants secundaris sovint utilitzen configuracions especials, com branques múltiples o connexions delta, per suprimir ordres harmònics específics. Per exemple, el model ZHSFPT d'un fabricant utilitza una estructura de tres voltants amb un disseny de desplaçament de fase per reduir eficientment la contaminació harmònica de 5a i 7a ordre a la xarxa.
La selecció del material del nucli també reflecteix les necessitats funcionals. Els transformadors d'energia solen utilitzar acer siliciós orientat estàndard per a pèrdues baixes i alta eficiència. Els transformadors rectificadors, subjectes a corrents no sinusoidals, sovint utilitzen acer siliciós laminat a fred d'alta permeabilitat; alguns models de gran potència fins i tot utilitzen nuclis d'aleació amorfa. Les dades de proves mostren que, amb la mateixa capacitat, els transformadors rectificadors solen tenir pèrdues sense càrrega un 15%–20% més altes que els transformadors d'energia degut als seus estressos operatius únics.
Les condicions operatives difereixen dràsticament. Els transformadors d'energia funcionen sota càrregues relativament estables, amb una freqüència de xarxa fixa de 50 Hz i temperatures ambientals que varien entre -25°C i 40°C. Els transformadors rectificadors enfronten condicions complexes: les plantes d'electròlisi d'alumini poden experimentar dezenes de fluctuacions de càrrega diàries, amb picades instantànies de corrent que superen els valors nominals en un 30%. Les mesures de camp d'una fundició mostren que les temperatures dels punts calents dels voltants en els transformadors rectificadors poden pujar de 70°C a 105°C durant l'inici de l'electròlisi, exigint una major estabilitat tèrmica dels materials d'aïllament.
Els dissenys de protecció varien en conseqüència. Els transformadors d'energia es centren en la protecció contra raigs i humitat, sovint amb una classificació IP23. Els transformadors rectificadors, sovint instal·lats en entorns industrials amb gasos corrosius, utilitzen encloiments d'acer inoxidable i nivells de protecció més alts com l'IP54. Algunes plantes químiques fins i tot equipsen els seus transformadors rectificadors amb sistemes de ventilació pressionada per prevenir l'ingrés de gasos àcids.
Els cicles de manteniment també difereixen. Segons les regulacions nacionals, els transformadors d'energia estàndard reben inspeccions del nucli cada sis anys. Tanmateix, els registres de manteniment d'un grup siderúrgic mostren que els transformadors rectificadors en línies de colada contínua necessiten la substitució de les juntes cada dos anys i proves de deformació dels voltants cada tres anys, degut a l'envegiment accelerat causat per estressos mecànics més forts sota condicions de retificació.
Les estructures de costos varien significativament. Per a una unitat de 1.000 kVA, un transformador d'energia estàndard costa aproximadament 250.000 RMB, mentre que un transformador rectificador comparable sol costar més d'un 40% més. Això prové de l'ús incrementat de materials degut a les estructures de voltants complexes i els components addicionals de supressió d'harmònics. Les dades de producció d'una fàbrica mostren que els transformadors rectificadors utilitzen un 18% més de cobre i un 12% més d'acer siliciós que els transformadors d'energia equivalents.
Els escenaris d'aplicació són clarament diferents. Els transformadors d'energia són omnipresents en subestacions, zones residencials i complexos comercials, realitzant la distribució bàsica d'energia. Els transformadors rectificadors serveixen industries especialitzades: subestacions de tracció dels transports ferroviaris, sales d'electròlisi de plantes de clor-àlcali i sistemes inversors de parcs fotovoltaïcs. Per exemple, en l'energia renovable, un parc solar va implementar 24 transformadors rectificadors per invertir la DC provenient de panells fotovoltaïcs en AC compatible amb la xarxa.
Els paràmetres tècnics també difereixen. Els transformadors d'energia solen tenir impedàncies de curtcircuït de 4%–8%, optimitzades per a la estabilitat del sistema. Els transformadors rectificadors requereixen càlculs precisos d'impedància; els documents de disseny d'un model especifiquen un 8,5% per limitar la corrent de defecte i assegurar una operació segura del rectificador. En què es refereix a l'augment de temperatura, els transformadors d'energia limiten la temperatura de l'oli superior a 95°C, mentre que els transformadors rectificadors permeten pics temporals fins a 105°C, com s'especifica explícitament en les especificacions tècniques.
Els estàndards d'eficiència energètica divergeixen. Els transformadors d'energia han de complir amb els graus d'eficiència del GB 20052, amb límits estrictes sobre les pèrdues sense càrrega i amb càrrega per a l'eficiència de classe I. Encara no hi ha estàndards d'eficiència nacionals obligatoris per als transformadors rectificadors, tot i que els fabricants líder segueixen l'IEEE C57.18.10. Les dades de proves comparatives mostren que els transformadors rectificadors avançats aconsegueixen un 12% d'eficiència global més alta que els models convencionals, economitzant dezenes de milers de RMB anuals en costos d'electricitat.
La selecció depèn molt de l'aplicació. Per a una sala de distribució residencial, un transformador d'energia SCB13 de tipus sec és suficient. Per a una línia d'electroplacat, un transformador rectificador amb un reactor d'equilibri, com la sèrie ZHS, és essencial. Un exemple instructiu prové d'una planta d'automòbils que va utilitzar erròniament un transformador d'energia estàndard per al recubriment electrorretic, causant la saturació del nucli degut a l'offset DC i resultant en la cremació dels voltants en menys de tres mesos.
Les tendències futures són divergents. Els transformadors d'energia avancen cap a la intel·ligència, amb molts nous models que integren monitorització en línia. Els transformadors rectificadors continuen fent avanços en la mitigació d'harmònics; el model més recent d'una marca utilitza regulació dinàmica de tensió per reduir la distorsió harmònica del costat d'entrada de 28% a menys de 5%. Aquestes evolucions tecnològiques s'ajusten estretament a les demandes de les seves respectives aplicacions.
