درک تغییرات درست کننده و ترانسفورماتور قدرت

تفاوت‌های بین ترانسفورماتورهای مستطیلی و ترانسفورماتورهای قدرت

ترانسفورماتورهای مستطیلی و ترانسفورماتورهای قدرت هر دو به خانواده ترانسفورماتورها تعلق دارند، اما در کاربرد و ویژگی‌های عملکردی اساساً متفاوت هستند. ترانسفورماتورهایی که معمولاً روی دکل‌های برق دیده می‌شوند معمولاً ترانسفورماتورهای قدرت هستند، در حالی که آنهایی که به سلول‌های الکترولیتی یا تجهیزات پوشش‌دهی الکتریکی در کارخانجات تغذیه می‌کنند معمولاً ترانسفورماتورهای مستطیلی هستند. درک تفاوت‌های آنها نیازمند بررسی سه جنبه است: اصل کار، ویژگی‌های ساختاری و محیط عملیاتی.

از نظر عملکردی، ترانسفورماتورهای قدرت عمدتاً با تبدیل سطح ولتاژ سروکار دارند. به عنوان مثال، آنها خروجی ژنراتور را از ۳۵ کیلوولت به ۲۲۰ کیلوولت برای انتقال دور مسافت بالا می‌برند، سپس آن را به ۱۰ کیلوولت برای توزیع در جوامع کاهش می‌دهند. این ترانسفورماتورها مانند حمل‌کنندگان در سیستم برق عمل می‌کنند که فقط روی تبدیل ولتاژ تمرکز دارند. در مقابل، ترانسفورماتورهای مستطیلی برای تبدیل جریان متناوب به مستقیم طراحی شده‌اند، معمولاً با دستگاه‌های مستطیلی ترکیب شده تا جریان متناوب را به ولتاژ مستقیم مشخص تبدیل کنند. به عنوان مثال، در سیستم‌های تحریک مترو، ترانسفورماتورهای مستطیلی برق شبکه را از جریان متناوب به ۱۵۰۰ ولت مستقیم تبدیل می‌کنند تا قطارها را حرکت دهند.

طراحی ساختاری نشان‌دهنده تفاوت‌های قابل توجهی است. ترانسفورماتورهای قدرت بر تبدیل خطی ولتاژ تأکید دارند، با نسبت‌های دقیق بین سیم‌پیچ‌های ولتاژ بالا و پایین. ترانسفورماتورهای مستطیلی اما باید ناهماهنگی‌های تولید شده در زمان مستطیلی را در نظر بگیرند. سیم‌پیچ‌های ثانویه آنها معمولاً از ساختارهای خاصی مانند شاخه‌های متعدد یا اتصالات دلتا استفاده می‌کنند تا ناهماهنگی‌های مرتبه خاصی را کاهش دهند. به عنوان مثال، مدل ZHSFPT از یک تولیدکننده از ساختار سه‌سیم‌پیچی با طراحی فاز-تغییر استفاده می‌کند تا آلودگی ناهماهنگی ۵ و ۷ را به طور موثر کاهش دهد.

انتخاب ماده هسته نیز نیازهای عملکردی را منعکس می‌کند. ترانسفورماتورهای قدرت معمولاً از فولاد سیلیسیون با گرین‌آرایی استاندارد برای کاهش ضیاع و کارایی بالا استفاده می‌کنند. ترانسفورماتورهای مستطیلی، که با جریان‌های غیرسینوسی مواجه هستند، معمولاً از فولاد سیلیسیون با نفوذپذیری بالا و گرم‌کشی سرد استفاده می‌کنند؛ بعضی از مدل‌های با قدرت بالا حتی از هسته‌های آلیاژی بدون ساختار استفاده می‌کنند. داده‌های آزمایشی نشان می‌دهند که تحت ظرفیت یکسان، ترانسفورماتورهای مستطیلی معمولاً ۱۵٪–۲۰٪ ضیاع بدون بار بیشتری نسبت به ترانسفورماتورهای قدرت دارند به دلیل تنش‌های عملیاتی منحصر به فرد خود.

شرایط عملیاتی به طور قابل توجهی متفاوت است. ترانسفورماتورهای قدرت تحت بارهای نسبتاً پایدار کار می‌کنند، با فرکانس شبکه ثابت ۵۰ هرتز و دمای محیطی بین -۲۵ درجه سانتیگراد تا ۴۰ درجه سانتیگراد. ترانسفورماتورهای مستطیلی با شرایط پیچیده‌تری مواجه هستند: کارخانه‌های الکترولیز آلومینیوم ممکن است روزانه ده‌ها تغییر بار تجربه کنند، با افزایش جریان لحظه‌ای بیش از ۳۰٪ از مقدار اسمی. اندازه‌گیری‌های میدانی از یک ذوب‌آوری نشان می‌دهند که دمای نقاط داغ سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتورهای مستطیلی می‌تواند از ۷۰ درجه سانتیگراد به ۱۰۵ درجه سانتیگراد در زمان شروع الکترولیزر افزایش یابد، که نیاز به پایداری حرارتی بیشتر از مواد عایقی دارد.

طراحی‌های محافظتی نیز متفاوت است. ترانسفورماتورهای قدرت بر محافظت از صاعقه و رطوبت تمرکز دارند، معمولاً با رتبه IP23. ترانسفورماتورهای مستطیلی، که معمولاً در محیط‌های صنعتی با گازهای فرسایشی نصب می‌شوند، از پوشش‌های ضدزنگ و سطوح محافظتی بالاتر مانند IP54 استفاده می‌کنند. برخی از کارخانه‌های شیمیایی حتی ترانسفورماتورهای مستطیلی خود را با سیستم‌های تهویه تحت فشار مجهز می‌کنند تا ورود گازهای اسیدی را جلوگیری کنند.

دوره‌های نگهداری نیز متفاوت است. ترانسفورماتورهای قدرت استاندارد هر شش سال یکبار بر اساس مقررات ملی تحت بازرسی هسته‌ای قرار می‌گیرند. با این حال، سوابق نگهداری از یک گروه فولادی نشان می‌دهد که ترانسفورماتورهای مستطیلی در خطوط ریخته‌گری پیوسته نیاز به تعویض پوشش‌ها هر دو سال یکبار و تست تغییر شکل سیم‌پیچ‌ها هر سه سال یکبار دارند، به دلیل تسریع در سن‌گیری از تنش‌های مکانیکی قوی‌تر در شرایط مستطیلی.

ساختار هزینه‌ها نیز به طور قابل توجهی متفاوت است. برای واحد ۱۰۰۰ کیلوولت-آمپر، یک ترانسفورماتور قدرت استاندارد حدود ۲۵۰۰۰۰ یوان (RMB) قیمت دارد، در حالی که یک ترانسفورماتور مستطیلی مشابه معمولاً بیش از ۴۰٪ گران‌تر است. این به دلیل استفاده از مواد بیشتر به دلیل ساختارهای سیم‌پیچ پیچیده و اجزای اضافی برای کاهش ناهماهنگی‌ها است. داده‌های تولید از یک کارخانه نشان می‌دهد که ترانسفورماتورهای مستطیلی ۱۸٪ مس و ۱۲٪ فولاد سیلیسیون بیشتر از ترانسفورماتورهای قدرت معادل استفاده می‌کنند.

سناریوهای کاربردی به طور واضح متفاوت هستند. ترانسفورماتورهای قدرت در زیراستانی‌ها، مناطق مسکونی و مجتمع‌های تجاری گسترده هستند، که توزیع برق اساسی را انجام می‌دهند. ترانسفورماتورهای مستطیلی برای صنایع تخصصی کاربرد دارند: زیراستانی‌های تحریک مترو، اتاق‌های الکترولیز کارخانه‌های کلر-آلکالی و سیستم‌های انورتر ایستگاه‌های خورشیدی. به عنوان مثال، یک مزرعه خورشیدی ۲۴ ترانسفورماتور مستطیلی برای تبدیل DC از پانل‌های خورشیدی به AC سازگار با شبکه نصب کرده است.

پارامترهای فنی نیز متفاوت است. ترانسفورماتورهای قدرت معمولاً دارای مقاومت‌های خرابی کوتاه ۴٪–۸٪ هستند که برای پایداری سیستم بهینه شده‌اند. ترانسفورماتورهای مستطیلی نیاز به محاسبه دقیق مقاومت دارند؛ سند طراحی یک مدل مشخص می‌کند ۸٫۵٪ برای محدود کردن جریان خرابی و اطمینان از عملکرد ایمن مستطیلی. در مورد افزایش دما، ترانسفورماتورهای قدرت دمای روغن بالایی را به ۹۵ درجه سانتیگراد محدود می‌کنند، در حالی که ترانسفورماتورهای مستطیلی اجازه می‌دهند که دمای بالایی به طور موقت تا ۱۰۵ درجه سانتیگراد برسد، همانطور که در مشخصات فنی به صراحت بیان شده است.

استانداردهای کارایی انرژی متفاوت است. ترانسفورماتورهای قدرت باید با درجه‌های کارایی GB 20052 سازگار باشند، با محدودیت‌های دقیق برای ضیاع بدون بار و با بار برای کلاس کارایی I. ترانسفورماتورهای مستطیلی هنوز تحت استانداردهای کارایی اجباری ملی پوشش داده نشده‌اند، اگرچه تولیدکنندگان رهبر از IEEE C57.18.10 پیروی می‌کنند. داده‌های آزمایشی مقایسه‌ای نشان می‌دهند که ترانسفورماتورهای مستطیلی پیشرفته ۱۲٪ کارایی کلی بیشتری نسبت به مدل‌های معمولی دارند، که هزاران یوان (RMB) در سال در هزینه‌های برق صرفه‌جویی می‌کند.

انتخاب به طور قابل توجهی به کاربرد بستگی دارد. برای یک اتاق توزیع مسکونی، یک ترانسفورماتور قدرت خشک SCB13 کافی است. برای یک خط پوشش‌دهی الکتریکی، یک ترانسفورماتور مستطیلی با راکتور تعادل‌بخش—مانند سری ZHS—ضروری است. یک داستان هشداردهنده از یک کارخانه خودرویی که اشتباهاً یک ترانسفورماتور قدرت استاندارد را برای پوشش‌دهی الکتروفورتیک استفاده کرد، باعث اشباع هسته به دلیل اختلاف DC شد و باعث سوختن سیم‌پیچ‌ها در سه ماه شد.

روند آینده نیز متفاوت است. ترانسفورماتورهای قدرت در حال پیشرفت به سمت هوشمندی هستند، با بسیاری از مدل‌های جدید که نظارت آنلاین را یکپارچه می‌کنند. ترانسفورماتورهای مستطیلی پیشرفت‌های بیشتری در کاهش ناهماهنگی‌ها دارند؛ مدل جدید یک برند از تنظیم ولتاژ پویا استفاده می‌کند تا ناهماهنگی جانبی ورودی را از ۲۸٪ به زیر ۵٪ کاهش دهد. این تحولات فناوری به طور نزدیک با نیازهای کاربردی خود همسو هستند.