Rectifitranstormator: Tööprintsiip & Rakendused
1. Joonendustransformator: Põhimõte ja ülevaade
Joonendustransformator on erikoistatud transformator, mille eesmärk on tarnida joonendussüsteemidele. Tööpõhimõte on sama nagu tavalise transformatori puhul — see töötab elektromagnetilise induktsiooni alusel ja kasutatakse vahelduvpinge muundamiseks. Tavaline transformator koosneb kahest elektriliselt isoleeritud sildist — esmane ja sekundaarne — mis on kergtäis ümber võetud.
Kui esimene silt on ühendatud vahelduvvoolu allikaga, siis selle läbipääseb vahelduvvool, mis tekitab magnetiline motiveeriv jõud (MMF), mis omakorda tekitab vahelduva magnetilise fluksi kinnises kergtäis. See muutuv fluks lõigab nii esimese kui ka teise sili, tekitades teises silis sama sagedusega vahelduvpinge.
Sildide ringidena mitmete arvu suhe vastab pingete suhtele. Näiteks, kui transformatoril on 440 ringi esimesel silil ja 220 ringi teisel silil ning esimesel silil on 220V sisend, siis teise silind saadakse 110V väljund. Mõned transformatorid võivad omada mitut sekundaarsilta või tappe, mis võimaldavad saada mitmeid erinevat väljundpinget.
2. Joonendustransformatori omadused
Joonendustransformator töötab koos joonenduriga, moodustades joonendussüstemi, mis võimaldab vahelduvvoolu muundada dünaamiliseks vooluks. Sellised joonendussüsteemid on tänapäeval kaasaegsetes tööstusettevõtetes enim kasutatavad dünaamilised vooluallikad, laialdaselt kasutatud HVDC edastamises, elektritrahviloos, valmistamisrullides, elektroplaatimises, elektrolüüsises ja muudes valdkondades.
Joonendustransformatori esimene silt (kauguses nimetatud võrgusilt) on ühendatud vahelduvvooluga võrguga, samas kui teine silt (nimetatud venttiisilt) on ühendatud joonenduri. Kuigi tema põhiline struktuur ja tööpõhimõte on sarnased tavalise transformatori omadega, erineb laastus — joonendur — oluliselt tavapärasest laastust, mis viib unikaalsete disaini ja töötamise omadusteni:
2.2 Mitte-sinusoidaalne voolujoon
Joonendursüsteemis juhib igal käigus osa aega ainult üks käte, mis tulemuseks on mitte-sinusoidaalne voolujoon — tavaliselt lähedane katkestatud ristkülikuliste pulsside. Seega on nii esimese kui ka teise sildi vood mitte-sinusoidaalsed.
Näiteks kolmefase brividijoonenduriga Y/Y ühenduses näitab voolujoon selgeid pulsside musterid. Kui joonendamiseks kasutatakse thyristoreid, siis suurem sündmustusviivitus tähendab teravamat voolu tõusu/laskumist, mis suurendab harmonikate sisaldust. See viib suuremate eddy current' kaotusteni. Kuna teine silt joob voolu ainult osa aega, on joonendustransformatori kasutusestus tavalisest transformatorist madalam. Seetõttu on sama võimsusega joonendustransformatorid tavaliselt suuremad ja raskemad.
2.3 Võrdväline (keskmine) nähtav võimsus
Tavalises transformatoris on sisend- ja väljundvõimsus võrdsed (kaotusi ignoreerides), seega on nimiajastus lihtsalt ühe sildi nähtav võimsus. Kuid joonendustransformatoris võivad esimene ja teine sildi vood erineda joonest (näiteks poolkäigulises joonenduses), mis muudab nende nähtavaid võimsusi erinevaks.
Seetõttu defineeritakse transformatori võimsus esimese ja teise sildi nähtavaid võimsusi keskmistena, mida nimetatakse võrdväliks:
kus S1 on esimese sildi nähtav võimsus ja S2 on teise sildi nähtav võimsus.
2.4 Kõrge lühikese kringi kannatavus
Joonendustransformatorid peavad omama kõrget mehaanilist tugevust, et taluda lühikese kringi elektromagnetilisi jõudu sagedaste veateadetest või ootamatutest laastusmuutustest (nt mootori käivitamine). Lühikese kringi tingimuste all dünaamilise stabiilsuse tagamine on kriitiline disaini ja tootmise küsimus.
3. Joonendustransformatorite peamised rakendused
Joonendustransformatorid toimivad joonendusseadmete energiaallikana. Nende peamine omadus on vahelduvpinge sisendi muundamine dünaamiliseks väljundiks joonenduselementide kaudu teisel silil. "Energia muundamine" hõlmab joonendamist, inversiooni ja sageduse muutmist, kusjuures joonendamine on kõige laialdasemalt kasutatav. Transformatoreid, mis tarnivad joonenduseadmetele, nimetatakse joonendustransformatoriteks. Enamus tööstuslikke dünaamilisi vooluallikaid saadakse AC võrkude, joonendustransformatorite ja joonendussüsteemide kombinatsioonist.
3.1 Elektrokeemia
See on joonendustransformatorite suurim rakendusalad:
Metallkomplekside elektrolüüs aluminiumi, magneesiumi, kupari ja muude mittemetallide tootmiseks
Soolavesi elektrolüüsiga klori-ja naatriumtootmiseks
Vee elektrolüüsiga vesiniku ja hapniku tootmine
Need protsessid nõuavad suurt voolu, madalat dünaamilist pinget, mis on mõnes mõttes sarnane elektriarufurnituuritransformatoritega. Seetõttu jagavad joonendustransformatorid struktuurilisi omadusi furnituuritransformatoritega.
Joonendustransformatorite kõige tundlikum omadus on, et teine silt ei anna enam sinusoidaalset vahelduvvoolu. Joonenduselementide ühesuunalise joobi tõttu muutuvad fasi vood pulmeeruvaks ja ühesuunaliseks. Filtreerimise järel muutub see pulmeeruv vool sileaks dünaamiliseks vooluks.
Teine silti pinge ja vool sõltuvad mitte ainult transformatori võimsusest ja ühendusest, vaid ka joonendussüsteemi konfiguratsioonist (nt kolme-fase brivid, topelt paralleelne tasakaalustava reaktoriga). Isegi sama dünaamilise väljundi korral nõuavad erinevad joonendussüsteemid erinevaid teiste silte pingi ja voolu. Seetõttu joonendustransformatori parameetrite arvutamine algab teiselt sililt ja põhineb konkreetse joonendussüsteemi topoloogial.
Kuna joonendussilind vood sisaldavad rikkalikku kõrgharmonikate spektri, saastavad need AC võrgu ja vähendavad energiatõhusust. Harmonikate vähendamiseks ja energiatõhususe parandamiseks tuleb suurendada joonendussüsteemi pulsi arvu, mida tavaliselt saavutatakse faasisihtritseerimise abil. Faasisihtritseerimise eesmärk on tuua sisse faasisihtri homoloogsete terminaalide lineaarpingete vahel teiselt sililt.
3.2 Trahhidraapidünaamiline energiaallikas
Kasutatakse kaevanduste või linna elektrirongide dünaamilise õhupingevoo tarnimiseks.
Sagedased lühikese kringi veated õhupingevoo avatuse tõttu
Suured dünaamilise laastuse lõhed
Sagedased mootorite käivitamised põhjustavad lühiajalisi ülekoormusi
Nende tingimuste lahendamiseks:
Madalam temperatuuritõus
Vähendatud voolutihe
Impedants on umbes 30% kõrgem kui tavalistes võimsustransformatorites
3.3 Tööstuslike triivimissüsteemide dünaamiline energiaallikas
Põhiliselt kasutatakse dünaamiliste moottorite tarnimiseks elektritriivimissüsteemides, näiteks:
Valmistamisrullide moottorite armatuuri ja välise eksituseks
3.4 Kõrgepinge dünaamiline (HVDC) edastamine
Töötamispinged tavaliselt üle 110 kV
Võimsused ulatuvad sadade tuhandete kuni sadade tuhatute kVA niivõrd
Eriline tähelepanu tuleb pöördelda kombinatsioonil AC ja DC eralduspinge maapinnale
Muu rakendused:
Elektroplaadi või elektromehaanilise töödünaamiline energiaallikas
Moottorite eksituse energiaallikad
Akude laadimissüsteemid
Elektrostaatilise precipitaator (ESP) energiaallikad
