Porozumění variantám obdélníkových souprav a transformátorů

Rozdíly mezi odporovými transformátory a elektrickými transformátory

Odporové transformátory a elektrické transformátory oba patří do rodiny transformátorů, ale zásadně se liší v použití a funkčních charakteristikách. Transformátory, které běžně vidíme na elektrických sloupech, jsou obvykle elektrické transformátory, zatímco ty, které dodávají elektrolytické články nebo zařízení pro elektrolyzu v továrnách, jsou obvykle odporové transformátory. Pro pochopení jejich rozdílů je třeba zkontrolovat tři aspekty: pracovní princip, konstrukční rysy a provozní prostředí.

Z hlediska funkce primárně elektrické transformátory řeší převod úrovně napětí. Například zvyšují výstup generátoru z 35 kV na 220 kV pro dlouhodobou přenosovou síť a pak ho snižují na 10 kV pro distribuci v komunitách. Tyto transformátory fungují jako přemisťovači v elektrickém systému, zaměřují se pouze na převod napětí. Naopak odporové transformátory jsou navrženy pro převod střídavého proudu na stejnosměrný, obvykle spolu s odporovými zařízeními, aby převedly střídavý proud na specifické napětí stejnosměrného proudu. Například v traťových systémech metra odporové transformátory převádějí síťový střídavý proud na 1 500 V DC pro pohon vlaků.

Konstrukční návrh odhaluje významné rozdíly. Elektrické transformátory zdůrazňují lineární převod napětí s přesnými poměry otáček mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými vinutími. Odporové transformátory však musí brát v úvahu harmoniky vygenerované během odporování. Jejich sekundární vinutí často používají speciální konfigurace, jako jsou více větve nebo delta spojení, aby potlačily specifické řády harmonik. Například model ZHSFPT jednoho výrobce používá třívinutí strukturu s fázovým posuvem, aby efektivně snížil 5. a 7. harmonickou znečištění na síti.

Výběr materiálu jádra také odráží funkční potřeby. Elektrické transformátory běžně používají standardní zrnu orientované silikátové železo pro nízké ztráty a vysokou efektivitu. Odporové transformátory, které jsou vystaveny nesinusovým proudům, často používají vysokopermeabilní studeně válené silikátové železo; některé výkonové modely dokonce používají amorfické slitiny. Testovací data ukazují, že pod stejnou kapacitou odporové transformátory obvykle mají 15%–20% vyšší ztráty bez zatížení než elektrické transformátory kvůli svým unikátním provozním stresům.

Provozní podmínky se dramaticky liší. Elektrické transformátory fungují pod relativně stabilními zatíženími, s pevnou síťovou frekvencí 50 Hz a teplotami okolí od -25°C do 40°C. Odporové transformátory čelí složitým podmínkám: hliníkové elektrolyzační továrny mohou každodenně zaznamenat desítky fluktuací zatížení, s okamžitými přetoky proudu, které překračují nominální hodnoty o 30%. Terénní měření z hutě ukazují, že teploty horkých míst vinutí v odporových transformátorech mohou během startu elektrolyzérů skočit z 70°C na 105°C, což vyžaduje vyšší tepelnou stabilitu izolačních materiálů.

Návrhy ochrany se podle toho liší. Elektrické transformátory se soustředí na ochranu proti bleskům a vlhkosti, obvykle s ohodnocením IP23. Odporové transformátory, často instalované v průmyslovém prostředí s korozyvními plyny, používají nerezové obaly a vyšší úrovně ochrany, jako je IP54. Některé chemické továrny dokonce vybavují své odporové transformátory tlakovými ventilačními systémy, aby zabránily vniknutí kyselinných plynů.

Cykly údržby se také liší. Standardní elektrické transformátory podléhají kontrolám jádra každé šest let podle národních předpisů. Nicméně, záznamy o údržbě z ocelářské skupiny ukazují, že odporové transformátory v kontinuálních liticích potřebují každé dva roky nahradit těsnění a každé tři roky provést testy deformace vinutí, kvůli zrychlenému stárnutí z vyšších mechanických stresů v odporových podmínkách.

Struktury nákladů se značně liší. Pro 1 000 kVA jednotku stojí standardní elektrický transformátor asi 250 000 CNY, zatímco srovnatelný odporový transformátor obvykle stojí o více než 40% více. To je způsobeno zvýšeným využitím materiálů kvůli komplexním vinutím a přidaným komponentům pro potlačení harmonik. Výrobní data z jedné továrny ukazují, že odporové transformátory používají 18% více mědi a 12% více silikátového železa než ekvivalentní elektrické transformátory.

Scénáře použití jsou jasně odlišné. Elektrické transformátory jsou všude v podsítích, bytových oblastech a komerčních komplexech, kde provádějí základní distribuci energie. Odporové transformátory slouží specializovaným odvětvím: traťovým traťovým podsítím, elektrolyzačním místnostem chlor-alkali továren a inverzním systémům fotovoltaických stanic. V obnovitelné energii, například, jeden solární statek nasadil 24 odporových transformátorů, aby invertoval DC z fotovoltaických panelů na síťový AC.

Technické parametry se také liší. Elektrické transformátory obvykle mají krátkozavření impedancí 4%–8%, optimalizované pro stabilitu systému. Odporové transformátory vyžadují přesné výpočty impedancí; návrhové dokumenty pro jeden model specifikují 8,5% pro omezení chybového proudu a zajištění bezpečného provozu odporového zařízení. Co se týče teplotního nárůstu, elektrické transformátory omezují teplotu horní olej 95°C, zatímco odporové transformátory umožňují dočasné vrcholy až 105°C, jak je explicitně uvedeno v technických specifikacích.

Standardy energetické efektivity se liší. Elektrické transformátory musí splňovat efektivitní stupně GB 20052, s přísnými limity na ztráty bez zatížení a s zatížením pro efektivitu třídy I. Odporové transformátory dosud nejsou pokryty povinnými národními standardy efektivity, i když vedoucí výrobci následují IEEE C57.18.10. Srovnávací testovací data ukazují, že pokročilé odporové transformátory dosahují 12% vyšší celkové efektivity než tradiční modely, což znamená ušetření desítek tisíc CNY ročně na nákladech na elektrickou energii.

Výběr závisí velmi na aplikaci. Pro distribuční místnost bytového domu stačí suchý elektrický transformátor typu SCB13. Pro linku pro elektroplakování je nezbytný odporový transformátor s vyrovnávacím reaktorem, jako je série ZHS. Varovný příběh pochází z automobilky, která chybně použila standardní elektrický transformátor pro elektroforetické lakování, což způsobilo nasycení jádra kvůli DC odchylce a vedlo k vyhoření vinutí během tří měsíců.

Budoucí trendy se rozcházejí. Elektrické transformátory postupují směrem k inteligenci, s mnoha novými modely integrujícími online monitorování. Odporové transformátory pokračují v průlomech v mitigaci harmonik; nejnovější model jednoho značky používá dynamickou regulaci napětí, aby snížil vstupní stranu harmonické zkreslení z 28% na méně než 5%. Tyto technologické evoluce jsou úzce spojené s jejich respektive aplikacemi.