Razumijevanje varijacija rektifikatora i snaga transformatora

Razlike između rektifikacionih transformatora i transformatora snage

Rektifikacioni transformatori i transformatori snage oba pripadaju porodici transformatora, ali se fundamentalno razlikuju po primeni i funkcionalnim karakteristikama. Transformatori koji se obično vide na električnim stubovima su tipično transformatori snage, dok oni koji opskrbljuju elektrolitske čelike ili opremu za galvanoplastiku u fabrikama obično su rektifikacioni transformatori. Za razumevanje njihovih razlika potrebno je ispitati tri aspekta: radni princip, strukturne karakteristike i radnu sredinu.

Sa funkcionalnog stajališta, transformatori snage uglavnom rade na konverziji nivoa napona. Na primer, oni podižu izlaz generatora sa 35 kV na 220 kV za dalju prenos, zatim ga spuštaju na 10 kV za distribuciju u zajednicama. Ovi transformatori funkcioniraju kao prevoznici u sistemu snage, fokusirani isključivo na transformaciju napona. U suprotnosti, rektifikacioni transformatori su dizajnirani za konverziju AC u DC, obično upareni sa rektifikacionim uređajima da bi pretvorili AC u određene nivoe DC napona. Na primer, u sistemima za trakcijsku trbu, rektifikacioni transformatori pretvaraju mrežni AC tok u 1,500 V DC kako bi pokretali vlakove.

Strukturni dizajn otkriva značajne razlike. Transformatori snage naglašavaju linearnu transformaciju napona, sa preciznim odnosima vitanja između visokonaponskih i niskonaponskih vitanja. Rektifikacioni transformatori, međutim, moraju uzeti u obzir harmonike generisane tokom rektifikacije. Njihova sekundarna vitanja često koriste specifične konfiguracije, poput više grana ili delta veza, kako bi suzbijale određene redove harmonika. Na primer, model ZHSFPT jednog proizvođača koristi strukturu sa tri vitanja sa faznim pomerenjem kako bi efikasno smanjio 5. i 7. harmoničku zagađenost mreže.

Izbor materijala za jezgra takođe odražava funkcionalne potrebe. Transformatori snage obično koriste standardnu granulo orijentisanu silicijumsku čelik za niske gubitke i visoku efikasnost. Rektifikacioni transformatori, koji su izloženi nesinusoidalnim tokovima, često koriste visokopermeabilni hladno valjan silicijumski čelik; neki modeli velike snage čak koriste amorfne legure. Testni podaci pokazuju da, pod istom kapacitetom, rektifikacioni transformatori obično imaju 15%–20% veće gubitke bez opterećenja od transformatora snage zbog svojih unikatnih operativnih stresa.

Radne uslove se značajno razlikuju. Transformatori snage rade pod relativno stabilnim opterećenjima, sa fiksno mrežnim frekvencijama od 50 Hz i temperaturama okruženja koje se kreću od -25°C do 40°C. Rektifikacioni transformatori suočavaju kompleksne uslove: aluminijumske elektrolitske fabrike mogu doživeti desetine fluktuacija opterećenja dnevno, sa trenutnim talasima toka koji prelaze nad normirane vrednosti za 30%. Terenski merenja iz topionice pokazuju da može doći do skoka temperature točkagorevanja vitanja rektifikacionih transformatora sa 70°C na 105°C tokom startovanja elektroliza, što zahteva veću toplinsku stabilnost izolacionih materijala.

Dizajni za zaštitu se razlikuju. Transformatori snage fokusirani su na zaštitu od munja i vlage, obično sa IP23 ocenom. Rektifikacioni transformatori, često instalirani u industrijskim sredinama sa korozivnim plinovima, koriste nerđajuće čelik oklopne kutije i više nivoa zaštite, poput IP54. Neki hemijski kombinati čak opremljuju svoje rektifikacione transformatore sa ventilacionim sistemima pod pritiskom kako bi sprečili ulazak kiselih gasova.

Ciklusi održavanja se takođe razlikuju. Standardni transformatori snage podliježu inspekciji jezgra svakih šest godina prema nacionalnim propisima. Međutim, zapisi o održavanju iz jedne čelikarske grupe pokazuju da rektifikacioni transformatori u kontinuiranim litackim linijama zahtevaju zamenu sigurnosnih pečata svake dvije godine i testiranje deformacije vitanja svake tri godine, zbog ubrzano starjenje zbog jačih mehaničkih stresa pri rektifikacionim uslovima.

Strukture troškova se značajno razlikuju. Za jedinicu od 1,000 kVA, standardni transformatori snage košta oko 250,000 RMB, dok komparabilni rektifikacioni transformatori obično koštaju preko 40% više. To potiče od povećanog korišćenja materijala zbog složenih struktura vitanja i dodatnih komponenti za suzbijanje harmonika. Proizvodni podaci iz jedne fabrike pokazuju da rektifikacioni transformatori koriste 18% više bakra i 12% više silicijumskog čelika od ekvivalentnih transformatora snage.

Scenariji primene su jasno različiti. Transformatori snage su omniprizentni u transformatornim stanicama, stambenim zonama i trgovskim kompleksima, vršeći osnovnu distribuciju snage. Rektifikacioni transformatori služe specijalizovanim industrijama: trakcijskim transformatornim stanicama za železnice, elektrolitskim sobama u fabrikama za produkciju hlora i alkalinog soda, i inverter sistemima fotovoltaičnih stanica. Na primer, jedna solarna farmica je deployovala 24 rektifikaciona transformatora kako bi invertovala DC sa fotovoltaičnih panela u mrežu kompatibilnu AC.

Tehnički parametri se takođe razlikuju. Transformatori snage tipično imaju kratak-zračne impedancije od 4%–8%, optimizovane za stabilnost sistema. Rektifikacioni transformatori zahtevaju preciznu izračunavanje impedancije; dizajnski dokumenti za jedan model specificiraju 8.5% kako bi ograničili strujni tok greške i osigurali bezbednu rektifikacionu operaciju. U pogledu porasta temperature, transformatori snage ograničavaju temperaturu gornjeg ulja na 95°C, dok rektifikacioni transformatori dopuštaju privremene vrhove do 105°C, kao što je eksplicitno navedeno u tehničkim specifikacijama.

Standardi energetske efikasnosti se razlikuju. Transformatori snage moraju da se pridržavaju standarda efikasnosti GB 20052, sa strognim ograničenjima na gubitke bez opterećenja i sa opterećenjem za Efikasnost klase I. Rektifikacioni transformatori još uvek nisu pokriveni obaveznim nacionalnim standardima efikasnosti, iako vodeći proizvođači prate IEEE C57.18.10. Podaci poređenih testova pokazuju da napredni rektifikacioni transformatori dostižu 12% veću ukupnu efikasnost od konvencionalnih modela, štedeći desetine hiljada RMB godišnje na troškovima struje.

Izbor značajno zavisi od primene. Za distributivnu sobu u stambenoj zoni, SCB13 suhi transformator snage je dovoljan. Za liniju za galvanoplastiku, rektifikacioni transformator sa balansirajućim reaktorom, kao što je serija ZHS, je neophodan. Upozorenje dolazi iz automobilske fabrike koja je pogrešno koristila standardni transformator snage za elektroforetsko pokrivanje, što je dovelo do nasitljavanja jezgra zbog DC odsustva i rezultiralo je spaljivanjem vitanja unutar tri meseca.

Buduće trendove razdvajaju. Transformatori snage napreduju ka inteligenciji, sa mnogim novim modelima koji integrišu online monitoring. Rektifikacioni transformatori nastavljaju sa kroznapredcima u suzbijanju harmonika; najnoviji model jedne marke koristi dinamičku regulaciju napona kako bi smanjio harmoničku distorziju na ulazu sa 28% ispod 5%. Ovi tehnološki evolucioni su blisko usklađeni sa njihovim respektivnim zahtevima primene.