整流器と電力変圧器のバリエーションについて理解する

整流変圧器と電力変圧器の違い

整流変圧器と電力変圧器はどちらも変圧器の一種ですが、応用と機能的な特性において根本的に異なります。街路灯柱でよく見かける変圧器は通常電力変圧器であり、一方、工場で電解槽やめっき設備に電力を供給する変圧器は通常整流変圧器です。これらの違いを理解するには、動作原理、構造的特徴、および運用環境の3つの側面を検討する必要があります。

機能的には、電力変圧器は主に電圧レベルの変換を担当します。例えば、発電機からの出力を35 kVから220 kVへ昇圧して長距離送電し、その後地域配電のために10 kVに降圧します。これらの変圧器は電力システムにおける移動者のような役割を果たし、電圧変換に専念します。一方、整流変圧器は交流から直流への変換のために設計されており、通常は整流装置と組み合わせて特定の直流電圧に変換します。例えば、地下鉄の牽引システムでは、整流変圧器が電網からの交流電力を1,500 Vの直流に変換して列車を駆動します。

構造設計も大きな違いがあります。電力変圧器は線形の電圧変換を重視し、高圧巻線と低圧巻線間の正確な巻数比を持っています。一方、整流変圧器は整流中に生成される高調波を考慮しなければなりません。その二次巻線はしばしば複数の枝やデルタ接続などの特殊な構成を使用して特定の高調波次数を抑制します。例えば、あるメーカーのZHSFPTモデルは位相差設計を持つ三巻線構造を採用し、電網上の5次と7次の高調波汚染を効果的に軽減します。

コア材料の選択も機能的なニーズを反映しています。電力変圧器は通常、損失が少なく効率が高い標準的な粒方位性シリコン鋼を使用します。一方、非正弦波電流にさらされる整流変圧器は、高透磁率の冷間圧延シリコン鋼を使用することが多く、一部の高出力モデルでは非晶質合金コアを使用することもあります。テストデータによれば、同じ容量でも整流変圧器はその独特な運転ストレスにより、電力変圧器よりも無負荷損失が15%～20%高いことが示されています。

運転条件も大きく異なります。電力変圧器は比較的安定した負荷下で動作し、固定された電網周波数50 Hzと-25°Cから40°Cの周囲温度範囲で動作します。一方、整流変圧器は複雑な条件に直面します：アルミニウム電解工場では1日に数十回の負荷変動があり、瞬間的な電流スパイクは定格値を超えることもあります。溶銅所でのフィールド測定によると、整流変圧器の巻線ホットスポット温度は電解槽の起動時に70°Cから105°Cまで急上昇し、絶縁材料にはより高い熱安定性が要求されます。

保護設計もそれに応じて異なります。電力変圧器は雷や湿気に対する保護に重点を置き、通常IP23等級を採用します。一方、腐食性ガスが存在する工業環境に設置される整流変圧器はステンレス製の筐体とIP54以上の保護等級を使用します。一部の化学プラントでは酸性ガスの侵入を防ぐために、整流変圧器に加圧通風システムを装備しています。

メンテナンスサイクルも異なります。標準的な電力変圧器は国際規則に基づき6年ごとにコア検査を行いますが、ある鋼グループのメンテナンス記録によると、連続鋳造ラインで使用される整流変圧器は2年ごとにシール交換が必要で、3年ごとに巻線変形試験を行う必要があることが示されています。これは整流条件下での強力な機械的ストレスによる加速老化のためです。

コスト構造も大きく異なります。1,000 kVAのユニットの場合、標準的な電力変圧器は約250,000 RMBですが、同等の整流変圧器は通常40%以上高くなります。これは複雑な巻線構造と追加の高調波抑制部品による材料使用量の増加に起因します。ある工場の生産データによると、整流変圧器は同等の電力変圧器と比較して銅を18%、シリコン鋼を12%多く使用しています。

適用シーンも明確に異なります。電力変圧器は変電所、住宅地域、商業施設などで広く使用され、基本的な電力分配を実行します。一方、整流変圧器は鉄道交通の牽引変電所、塩素・アルカリプラントの電解室、太陽光発電所のインバーターシステムなど、専門的な産業で使用されます。再生可能エネルギーの例として、ある太陽光発電所では24台の整流変圧器を使用して太陽光パネルからの直流を電網互換性のある交流に変換しています。

技術的パラメータも異なります。電力変圧器は通常4%～8%の短絡インピーダンスを持ち、システムの安定性を最適化します。一方、整流変圧器は精密なインピーダンス計算が必要で、あるモデルの設計文書では故障電流を制限し安全な整流動作を確保するために8.5%を指定しています。温度上昇については、電力変圧器は最高油温を95°Cに制限しますが、整流変圧器は一時的に105°Cまでのピークを許容しており、技術仕様書に明記されています。

エネルギー効率基準も異なります。電力変圧器はGB 20052の効率グレードに準拠しなければならず、クラスI効率に対する待機損失と負荷損失に厳しい制限があります。一方、整流変圧器はまだ強制的な国家効率基準の対象となっていませんが、主要なメーカーはIEEE C57.18.10を遵守しています。比較試験データによると、先進的な整流変圧器は従来のモデルと比較して全体的な効率が12%高く、年間で数万RMBの電力コストを節約することができます。

選択は用途に大きく依存します。住宅地の配電室ではSCB13乾式電力変圧器で十分ですが、めっきラインではバランスリアクター付きの整流変圧器（例えばZHSシリーズ）が必要です。ある自動車工場ではエレクトロ泳動塗装に標準的な電力変圧器を使用した結果、直流オフセットによるコア飽和が発生し、3ヶ月以内に巻線が焼損しました。

将来の傾向も異なります。電力変圧器はオンライン監視を統合するなど、知能化に向かって進化しています。一方、整流変圧器は高調波軽減のブレイクスルーを続け、あるブランドの最新モデルはダイナミック電圧制御を使用して入力側の高調波歪みを28%から5%未満に削減しています。これらの技術革新はそれぞれの適用需要に密接に対応しています。