Κατανόηση των Εξισορροπητών και των Μετατροπέων Ρεύματος

Διαφορές Μεταξύ Ρυθμιστών Μετατροπέων και Δυναμικών Μετατροπέων

Οι ρυθμιστές μετατροπές και οι δυναμικοί μετατρόπες ανήκουν στην οικογένεια των μετατροπέων, αλλά διαφέρουν βασικά στην εφαρμογή και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά. Οι μετατρόπες που συνήθως βλέπουμε στους ηλεκτρικούς στύλους είναι συνήθως δυναμικοί μετατρόπες, ενώ αυτοί που εφοδιάζουν ηλεκτρολυτικά κύτταρα ή εξοπλισμό για επενδύσεις σε βιομηχανίες είναι συνήθως ρυθμιστές μετατροπές. Για να κατανοήσουμε τις διαφορές τους, πρέπει να εξετάσουμε τρεις πτυχές: τη λειτουργική αρχή, τα δομικά χαρακτηριστικά και το λειτουργικό περιβάλλον.

Από λειτουργικής άποψης, οι δυναμικοί μετατρόπες ασχολούνται κυρίως με τη μετατροπή του επιπέδου τάσης. Για παράδειγμα, επεξεργάζονται την εξόδο του γεννήτριας από 35 kV σε 220 kV για μακρινή μεταφορά, στη συνέχεια τη μειώνουν σε 10 kV για την κατανομή στην κοινότητα. Αυτοί οι μετατρόπες λειτουργούν ως μεταφορείς στο σύστημα ενέργειας, εστιάζοντας αποκλειστικά στη μετατροπή τάσης. Σε αντίθεση, οι ρυθμιστές μετατροπές σχεδιάζονται για τη μετατροπή AC-DC, συνήθως συνδυάζονται με ρυθμιστικά συστήματα για τη μετατροπή της AC σε συγκεκριμένες DC τάσεις. Για παράδειγμα, στα συστήματα τρακτίων μετρό, οι ρυθμιστές μετατροπές μετατρέπουν την ενέργεια του δικτύου AC σε 1,500 V DC για την οδήγηση των τρένων.

Η δομική σχεδίαση αποκαλύπτει σημαντικές διαφορές. Οι δυναμικοί μετατρόπες επικεντρώνονται στη γραμμική μετατροπή τάσης, με ακριβείς αναλογίες μεταξύ των ανώτερων και κατώτερων περιτριγυρισμών. Οι ρυθμιστές μετατροπές, ωστόσο, πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τις αρμονικές που παράγονται κατά την ρύθμιση. Τα δευτερεύοντα περιτριγυρίσματά τους χρησιμοποιούν συχνά ειδικές διατάξεις, όπως πολλαπλές κλάδοι ή δελτοειδή συνδέσεις, για την καταστολή συγκεκριμένων αρμονικών τάξεων. Για παράδειγμα, το μοντέλο ZHSFPT από έναν κατασκευαστή χρησιμοποιεί μια τριπλή περιτριγυρισματική δομή με φάση μετατροπής για την αποτελεσματική μείωση της 5ης και 7ης αρμονικής ρύπανσης στο δίκτυο.

Η επιλογή του πυρήνα αντικατοπτρίζει επίσης τις λειτουργικές ανάγκες. Οι δυναμικοί μετατρόπες συνήθως χρησιμοποιούν κανονικό κατευθυνόμενο σιλικόνιο χάλυβα για χαμηλή απώλεια και υψηλή αποδοτικότητα. Οι ρυθμιστές μετατροπές, που εκτίθενται σε μη συνημιτόνιες ροές, συχνά χρησιμοποιούν υψηλοδιαθέσιμο ψυχροσκυλλό σιλικόνιο χάλυβα. Κάποια μοντέλα υψηλής ισχύος χρησιμοποιούν ακόμη και αμορφούς σύνθεσης πυρήνες. Οι δοκιμές δείχνουν ότι, υπό την ίδια ισχύ, οι ρυθμιστές μετατροπές συνήθως έχουν 15%–20% υψηλότερες απώλειες χωρίς φορτίο από τους δυναμικούς μετατρόπες, λόγω των μοναδικών λειτουργικών τους συνθηκών.

Τα λειτουργικά συνθήκες διαφέρουν σημαντικά. Οι δυναμικοί μετατρόπες λειτουργούν υπό σχετικά σταθερά φορτία, με σταθερή συχνότητα δικτύου 50 Hz και θερμοκρασίες περιβάλλοντος από -25°C έως 40°C. Οι ρυθμιστές μετατροπές αντιμετωπίζουν πολύπλοκες συνθήκες: σε εργοστάσια ηλεκτρολύσεως αλουμινίου, μπορεί να υπάρξουν δεκάδες κυμαίνοντα φορτία την ημέρα, με ταχύτατες αύξησεις ροής που υπερβαίνουν τις επιτρεπτές τιμές κατά 30%. Μετρήσεις από ένα εργοστάσιο οξείδωσης έδειξαν ότι οι θερμοκρασίες ζωνών θερμότητας στα περιτριγυρίσματα των ρυθμιστών μετατροπές μπορούν να αυξηθούν από 70°C σε 105°C κατά την εκκίνηση των ηλεκτρολυτικών, απαιτώντας υψηλότερη θερμική σταθερότητα από τα επιστρωτικά υλικά.

Οι σχεδιασμοί προστασίας διαφέρουν ανάλογα. Οι δυναμικοί μετατρόπες επικεντρώνονται στην προστασία από κεραυνούς και υγρό, συνήθως με κατάταξη IP23. Οι ρυθμιστές μετατροπές, που συχνά εγκαθίστανται σε βιομηχανικά περιβάλλοντα με κατακόρυφα αέρια, χρησιμοποιούν εγκλωβισμένες κατασκευές από ανοξείδωτο χάλυβα και υψηλότερες επίπεδα προστασίας, όπως IP54. Κάποιες χημικές εγκαταστάσεις εφοδιάζουν ακόμη και τους ρυθμιστές μετατροπές με συστήματα πνευματικής εγκλωβισμένης αεροπληρωμάτωσης για την πρόληψη της εισόδου οξέας αερίων.

Οι κύκλοι συντήρησης διαφέρουν επίσης. Οι κανονικοί δυναμικοί μετατρόπες υποβάλλονται σε ελεγχούς πυρήνα κάθε έξι χρόνια, σύμφωνα με τους εθνικούς κανονισμούς. Ωστόσο, οι αρχείοι συντήρησης από έναν σιδηροβιομηχανικό ομίλο δείχνουν ότι οι ρυθμιστές μετατροπές σε συνεχείς κατακεραμικές γραμμές απαιτούν αντικατάσταση σφραγίδων κάθε δύο χρόνια και δοκιμές μετατροπής περιτριγυρίσματος κάθε τρία χρόνια, λόγω επιταχυνόμενης γήρανσης από ισχυρότερες μηχανικές τάσεις υπό ρυθμιστικές συνθήκες.

Οι δομές κόστους διαφέρουν σημαντικά. Για ένα μονάδα 1,000 kVA, ένας κανονικός δυναμικός μετατρόπες κοστίζει περίπου 250,000 RMB, ενώ ένας αντίστοιχος ρυθμιστής μετατρόπες συνήθως κοστίζει πάνω από 40% περισσότερο. Αυτό προέρχεται από την αυξημένη χρήση υλικών λόγω πολύπλοκων περιτριγυρισματικών δομών και προσθετικών συστημάτων καταστολής αρμονικών. Οι δεδομένοι παραγωγής από ένα εργοστάσιο δείχνουν ότι οι ρυθμιστές μετατροπές χρησιμοποιούν 18% περισσότερο χαλκό και 12% περισσότερο σιλικόνιο χάλυβα από τους ισοδύναμους δυναμικούς μετατρόπες.

Οι εφαρμογές είναι σαφώς διαφορετικές. Οι δυναμικοί μετατρόπες είναι πανταχού παρόντες σε υποσταθμείς, κατοικημένες περιοχές και εμπορικά πlexes, εκτελώντας βασική κατανομή ενέργειας. Οι ρυθμιστές μετατροπές υπηρετούν ειδικές βιομηχανίες: υποσταθμείς τρακτίων μετρό, δωμάτια ηλεκτρολύσεως σε χλωρ-αλκαλικά εργοστάσια και συστήματα αναστροφής σε φωτοβολταϊκές σταθμούς. Στην ανανεώσιμη ενέργεια, για παράδειγμα, ένας ηλιακός πάρκος χρησιμοποίησε 24 ρυθμιστές μετατροπές για την αναστροφή της DC από φωτοβολταϊκά πάνελ σε συμβατή AC για το δίκτυο.

Τα τεχνικά παράμετρα διαφέρουν επίσης. Οι δυναμικοί μετατρόπες συνήθως έχουν αντιστάσεις σύντομης σύνδεσης 4%–8%, βελτιστοποιημένες για τη σταθερότητα του συστήματος. Οι ρυθμιστές μετατροπές απαιτούν ακριβή υπολογισμό αντιστάσεων. Τα σχεδιαστικά έγγραφα για ένα μοντέλο αναφέρουν 8.5% για τον περιορισμό της ρέυσης σφάλματος και την εγγύηση ασφαλής λειτουργίας του ρυθμιστή. Σχετικά με την αύξηση της θερμοκρασίας, οι δυναμικοί μετατρόπες περιορίζουν την θερμοκρασία του πάνω λάδιου σε 95°C, ενώ οι ρυθμιστές μετατροπές επιτρέπουν προσωρινά κορύφια έως 105°C, όπως αναφέρεται στις τεχνικές προδιαγραφές.

Οι πρότυπα ενεργειακής αποδοτικότητας διαφέρουν. Οι δυναμικοί μετατρόπες πρέπει να συμμορφώνονται με τα πρότυπα αποδοτικότητας GB 20052, με αυστηρούς περιορισμούς στις απώλειες χωρίς φορτίο και με φορτίο για την τάξη αποδοτικότητας I. Οι ρυθμιστές μετατροπές δεν καλύπτονται ακόμη από υποχρεωτικά εθνικά πρότυπα αποδοτικότητας, αν και οι πρωτοπόροι κατασκευαστές ακολουθούν το IEEE C57.18.10. Συγκριτικά δεδομένα δοκιμών δείχνουν ότι οι προηγμένοι ρυθμιστές μετατροπές επιτυγχάνουν 12% υψηλότερη συνολική αποδοτικότητα από τα συμβατικά μοντέλα, εξοικονομώντας δεκάδες χιλιάδες RMB ετησίως σε δαπάνες ηλεκτρικής ενέργειας.

Η επιλογή εξαρτάται σημαντικά από την εφαρμογή. Για ένα διανομικό δωμάτιο κατοικιών, ένας ξηρός δυναμικός μετατρόπες SCB13 αρκεί. Για μια γραμμή επενδύσεως, ένας ρυθμιστής μετατρόπες με ισορροπικό αντίστροφο, όπως η σειρά ZHS, είναι απαραίτητος. Ένα παράδειγμα προειδοποίησης προέρχεται από ένα εργοστάσιο αυτοκινήτων που χρησιμοποίησε λανθασμένα έναν κανονικό δυναμικό μετατρόπες για επενδύσεις, προκαλώντας κόλληση πυρήνα λόγω DC κατακόρυφης και αποτέλεσμα της καύσης των περιτριγυρισμάτων μέσα σε τρεις μήνες.

Οι μελλοντικές τάσεις διαφέρουν. Οι δυναμικοί μετατρόπες εξελίσσονται προς την νοημοσύνη, με πολλά νέα μοντέλα που ενσωματώνουν την επιστημονική παρακολούθηση. Οι ρυθμιστές μετατροπές συνεχίζουν τις διαπράξεις στην καταστολή αρμονικών. Το πιο πρόσφατο μοντέλο ενός μερίδιου χρησιμοποιεί δυναμική ρύθμιση τάσης για τη μείωση της αρμονικής ρύπανσης στην εισόδου από 28% σε κάτω από 5%. Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις συντονίζονται στενά με τις αντίστοιχες απαιτήσεις εφαρμογών.