Rectifier Transformer: Pagsasalamin ng Pagganap & Mga Application
1.Transformer Rectifier: Prinsipyong Paggana at Buod
Ang transformer rectifier ay isang espesyal na disenyo ng transformer na ginagamit upang magbigay ng sistema ng rectifier. Ang prinsipyong panggana nito ay kapareho ng isang normal na transformer — ito ay gumagana batay sa elektromagnetikong induksyon at ginagamit upang baguhin ang alternating voltage. Ang isang tipikal na transformer ay may dalawang elektrikong pinaghiwalay na winding — primary at secondary — na nakabalot sa paligid ng iisang bakal na core.
Kapag ang primary winding ay konektado sa isang AC power source, ang alternating current ay umuusbong dito, nagbibigay ng magnetomotive force (MMF), na nagpapabuo ng alternating magnetic flux sa saradong bakal na core. Ang pagbabago ng flux na ito ay kumukunsulta sa parehong primary at secondary windings, nag-uudyok ng alternating voltage ng parehong frequency sa secondary winding.
Ang ratio ng bilang ng mga turn ng primary at secondary windings ay katumbas ng voltage ratio. Halimbawa, kung ang transformer ay may 440 turns sa primary at 220 turns sa secondary, at may 220V input sa primary side, ang output voltage sa secondary ay magiging 110V. Ang ilang mga transformer ay maaaring may maramihang secondary windings o taps, na nagbibigay ng maramihang iba't ibang output voltages.
2.Karunungan ng Transformer Rectifier
Ang mga transformer rectifier ay gumagana kasama ng mga rectifier upang bumuo ng pagsasara ng rectification equipment, na nagbibigay ng konbersyon ng AC power sa DC power. Ang mga sistema ng rectifier na ito ang pinakakaraniwang ginagamit na DC power sources sa modernong industriyang enterprises, malawakang inilalapat sa HVDC transmission, electric traction, rolling mills, electroplating, electrolysis, at iba pa.
Ang primary (o tinatawag ring network side) ng isang transformer rectifier ay konektado sa AC power grid, habang ang secondary (o tinatawag ring valve side) ay konektado sa rectifier. Bagaman ang basic structure at operating principle nito ay kapareho ng isang conventional na transformer, ang load — isang rectifier — ay lubhang iba mula sa normal na loads, nagbibigay ng unique design at operational characteristics:
2.2 Non-Sinusoidal Current Waveforms
Sa isang rectifier circuit, bawat arm ay gumagana lamang sa bahagi ng cycle, nagreresulta sa non-sinusoidal current waveforms — karaniwang malapit sa discontinuous rectangular pulses. Bilang resulta, ang primary at secondary winding currents ay non-sinusoidal.
Halimbawa, sa isang three-phase bridge rectifier na may Y/Y connection, ang current waveform ay nagpapakita ng distinct pulse patterns. Kapag ang thyristors ay ginagamit para sa rectification, ang mas malaking firing delay angle, mas matinding ang current rise/fall, nagdudulot ng mas mataas na harmonic content. Ito ay nagdudulot ng mas mataas na eddy current losses. Dahil ang secondary winding ay nagdudulot ng current lamang bahagi ng oras, ang utilization rate ng transformer rectifier ay mas mababa kaysa sa isang conventional na transformer. Kaya, para sa parehong power rating, ang mga transformer rectifier ay tiyak na mas malaki at mas mabigat.
2.3 Katumbas (Average) Apparent Power Rating
Sa isang conventional na transformer, ang input at output power ay pantay-pantay (nagpapahiwatig ng mga loss), kaya ang rated capacity ay simpleng ang apparent power ng anumang winding. Gayunpaman, sa isang transformer rectifier, ang primary at secondary currents maaaring magkaiba sa waveform (halimbawa, sa half-wave rectification), nagbibigay ng hindi pantay na apparent powers.
Dahil dito, ang capacity ng transformer ay inilalarawan bilang ang average ng primary at secondary apparent powers, kilala bilang equivalent capacity:
kung saan S1 ay ang primary apparent power at S2 ay ang secondary apparent power.
2.4 Mataas na Short-Circuit Withstand Capability
Ang mga transformer rectifier ay dapat may mataas na mechanical strength upang makatayo laban sa short-circuit electromagnetic forces dahil sa madalas na mga fault o biglaang pagbabago ng load (halimbawa, motor starting). Ang pagtiyak ng dynamic stability sa ilalim ng kondisyong short-circuit ay isang mahalagang konsiderasyon sa disenyo at paggawa.
3.Pangunahing Application ng Mga Transformer Rectifier
Ang mga transformer rectifier ay naglilingkod bilang power source para sa rectifier equipment. Ang pangunahing tampok nito ay ang konwersyon ng AC input sa primary side sa DC output sa pamamagitan ng mga elementong rectifying sa secondary side. "Power conversion" kasama ang rectification, inversion, at frequency conversion, kung saan ang rectification ang pinaka-widely used. Ang mga transformer na ginagamit upang magbigay ng mga device ng rectifier ay tinatawag na mga transformer rectifier. Ang karamihan sa industriyal na DC power supplies ay nakuha sa pamamagitan ng pagsasama ng AC grids, transformer rectifier, at rectifier circuits.
3.1 Industriya ng Electrochemical
Ito ang pinakamalaking application area para sa mga transformer rectifier:
Electrolysis ng metal compounds upang lumikha ng aluminum, magnesium, copper, at iba pang non-ferrous metals
Chlor-alkali production sa pamamagitan ng saltwater electrolysis
Pagbuo ng hydrogen at oxygen sa pamamagitan ng water electrolysis
Ang mga proseso na ito ay nangangailangan ng high-current, low-voltage DC power, na may ilang katangian na parang sa electric arc furnace transformers. Dahil dito, ang mga transformer rectifier ay may structural features na katulad ng mga furnace transformers.
Ang pinakamalaking tampok ng mga transformer rectifier ay ang secondary current na hindi na sinusoidal AC. Dahil sa unidirectional conduction ng mga elementong rectifying, ang phase currents ay naging pulsating at unidirectional. Pagkatapos ng filtering, ang pulsating current na ito ay naging smooth DC.
Ang secondary voltage at current ay depende hindi lamang sa transformer capacity at connection group kundi pati na rin sa configuration ng rectifier circuit (halimbawa, three-phase bridge, dual anti-parallel with balancing reactor). Kahit para sa parehong DC output, ang iba't ibang rectifier circuits ay nangangailangan ng iba't ibang secondary voltages at currents. Kaya, ang parameter calculation para sa mga transformer rectifier ay nagsisimula mula sa secondary side at batay sa specific rectifier topology.
Dahil ang mga current ng rectifier winding ay may maraming high-order harmonics, sila ay nangangalalala sa AC grid at nagbabawas ng power factor. Upang mabawasan ang harmonics at mapabuti ang power factor, ang pulse number ng sistema ng rectifier ay dapat mapataas, karaniwang naipapahayag sa pamamagitan ng phase-shifting techniques. Ang layunin ng phase shifting ay ipakilala ang isang phase displacement sa pagitan ng line voltages sa homologous terminals ng secondary windings.
3.2 Traction DC Power Supply
Ginagamit sa mining o urban electric locomotives na may DC overhead lines.
Madalas na short-circuit faults dahil sa exposure ng overhead line
Malaking pagbabago sa DC load
Madalas na motor starting na nagdudulot ng short-term overloads
Upang makatugon sa mga kondisyon na ito:
Mas mababang temperature rise limits
Mas mababang current density
Impedance na humigit-kumulang 30% mas mataas kaysa sa standard power transformers
3.3 Industrial Drive DC Power Supply
Pangunahing ginagamit upang magbigay ng DC motors sa electric drive systems, tulad ng:
Armature at field excitation para sa rolling mill motors
3.4 High-Voltage Direct Current (HVDC) Transmission
Operating voltages karaniwang higit sa 110 kV
Capacities na may saklaw mula sa tens of thousands hanggang hundreds of thousands ng kVA
Espesyal na atensyon na kinakailangan para sa combined AC and DC insulation stress to ground
Iba pang Applications:
DC power para sa electroplating o electro-machining
Excitation power supplies para sa generators
Battery charging systems
Electrostatic precipitator (ESP) power supplies
