מפרק טרנספורמציה: עקרון פעולה ויישומים
1. טרנספורטר מתקדש: עקרון וסקירה
טרנספורטר מתקדש הוא טרנספורטר מיוחד המתוכנן לספק מערכות מתקדשות. עקרון פעולתו זהה לזה של טרנספורטר קונבנציונלי — הוא פועל על בסיס האינדוקציה אלקטרומגנטית ונמצא בשימוש להמרת מתח חילופין. טרנספורטר טיפוסי כולל שתי סיבוביות חשמליות מבודדות — ראשית ושניונית — שמתפתלות סביב ליבה משותפת של ברזל.
כאשר הסיבוביה הראשית מחוברת למקור אנרגיה חילופין, זרם חילופין זורם דרכה, יוצר כוח מגנטי (MMF), המפיק שדה מגנטי מתנודד בליבה הסגורה. השדה המגנטי המשתנה חותך את הסיבוביות הראשית והשניונית, ומשדר מתח חילופין באותה תדירות בסיבוביה שניונית.
היחס בין מספר הסיבובים בסיבוביות הראשית לשניונית שווה ליחס המתח. לדוגמה, אם לטרנספורטר יש 440 סיבובים בסיבוביה הראשית ו-220 סיבובים בסיבוביה שניונית, עם מתח כניסה של 220V בסיבוביה הראשית, המתח היציאתי בסיבוביה שניונית יהיה 110V. חלק מהטרנספורטרים עשויים להכיל מספר סיבוביות שניוניות או נקודות החיבור, המאפשרות לקבל מספר מתחים יציאתיים שונים.
2. מאפייני טרנספורטרים מתקדשים
טרנספורטרים מתקדשים עובדים יחד עם מתקדשים כדי ליצור ציוד מתקדש, המאפשר המרת אנרגיה חילופין לאנרגיה ישרה. מערכות מתקדשות כאלה הן מקור הכוח הדחיס הנפוץ ביותר במכונות התעשייה המודרניות, המשמש באופן רחב ב송ת חשמל בתדר גבוה, בתאוצת רכבות, במפעלי גלגול, בעיבוד חשמלי, בהאלכת מים ובחברות אחרות.
הצד הראשי (נקרא גם הצד הרשת) של טרנספורטר מתקדש מחובר לרשת החשמל החילופין, בעוד הצד השני (נקרא גם הצד הנעילה) מחובר למתקדש. למרות שהמבנה הבסיסי ועקרון ההפעלה שלו דומים לשל טרנספורטר קונבנציונלי, העומס — מתקדש — שונה משמעותית מעומסים רגילים, מה שמוביל לעיצוב וממאפיינים תפעוליים ייחודיים:
2.2 צורות גל זרם לא סינוסואידליות
בקו מתקדש, כל זרוע פועלת רק במהלך חלק מהמחזור, מה שמוביל לצורות גל זרם לא סינוסואידליות — בדרך כלל קרובות לפולסים מלבניים בלתי רציפים. לכן, זרמי הסיבוביות הראשית והשניונית הם לא סינוסואידליים.
לדוגמה, במתקדש גשר שלושה פאזה עם חיבור Y/Y, צורת הגל של הזרם מציגה דפוסי פולסים ניכרים. כאשר משתמשים בתאורייסטים למתקדש, ככל שהזווית של הפיגור גדולה יותר, כך עלייה וירידה של הזרם תלויות יותר, ומכילות יותר הרמוניות. זה מוביל להפסדים גדולים יותר של זרמים מסחררים. מכיוון שהסיבוביה השנייה מולכת זרם רק חלק מהזמן, שיעור השימוש בטרנספורטר מתקדש נמוך יותר מאשר בטרנספורטר קונבנציונלי. לכן, עבור אותה עוצמה, טרנספורטרים מתקדשים נוטים להיות גדולים וכבדים יותר.
2.3 ערך מירבי (ממוצע) של עוצמת הראיה
בטרנספורטר קונבנציונלי, העוצמה הנכנסת והיציאתית שוות (忽见要求中断，以下是翻译的希伯来语内容：)
(לא כולל איבודים), כך שהקיבולת המ mujeeb rated היא פשוט עוצמת הראיה של אחת מהסיבוביות. לעומת זאת, בטרנספורטר מתקדש, זרמי הסיבוביות הראשית והשניונית יכולים להבדל בצורת הגל (לדוגמה, במתקדש חצי גל), מה שגורם לעוצמות הראיה שלהם להיות שונות. לכן, הקיבולת של הטרנספורטר מוגדרת כממוצע של עוצמות הראיה של הסיבוביות הראשית והשניונית, הידועה בשם הקיבולת המקבילה: כאשר
S1 היא עוצמת הראיה הראשית ו-
S2 היא עוצמת הראיה השניהונית. 2.4 יכולת גבוהה לספוג קצר-مدار טרנספורטרים מתקדשים חייבים להיות חזקים מבחינה מכנית כדי לספוג את כוחות האלקטרומגנטיים המופיעים בשל תקלות תכופות או שינויים פתאומיים בעומס (לדוגמה, תחילת מנוע). הבטחת יציבות דינמית בתנאי קצר-مدار היא נושא קריטי בתכנון וביצור. 3. היישומים העיקריים של טרנספורטרים מתקדשים טרנספורטרים מתקדשים משמשים כמקור הכוח עבור ציוד מתקדש. התכונה העיקרית שלהם היא המרת קלט חילופין בצד הראשי לפלט ישר באמצעות אלמנטי מתקדש בצד השני. "המרה של כוח" כוללת מתקדש, היפוך ומיקוד, שבהן המתקדש היא הנפוצה ביותר. טרנספורטרים המשמשים לספק מכשירי מתקדש נקראים טרנספורטרים מתקדשים. רוב מקורות הכוח הדחיס בתעשייה מתקבלים על ידי שילוב של רשתות חילופין, טרנספורטרים מתקדשים ומערכי מתקדש. 3.1 תעשיית אלקטרוכימיה זו היא תחום היישום הגדול ביותר עבור טרנספורטרים מתקדשים: אלקטרוליזה של תרכובות מתכות לייצור אלומיניום, מגנזיום, נחושת ומתכות לא-מסורתיות אחרות ייצור כלור-אלקלי באמצעות אלקטרוליזה של מי מלח ייצור מימן ואוקסיגן באמצעות אלקטרוליזה של מים תהליכים אלו דורשים כוח דחיס בעוצמה גבוהה ובמתח נמוך, דומה בכמה היבטים לתאים חשמליים של מבער חשמלי. לכן, טרנספורטרים מתקדשים משתפים מבנים עם תאים חשמליים של מבער. התכונה המובהקת של טרנספורטרים מתקדשים היא שהזרם השניוני אינו עוד זרם חילופין סינוסואידלי. עקב ההעברה חד-כיוונית של אלמנטי המתקדש, הזרמים הפאזיים נעשים פולסים וחד-כיווניים. לאחר מסנן, הזרם הפולסתי הופך לזרם ישר חלק. המתח והזרם השניוני תלויים לא רק בקיבולת הטרנספורטר ובהרכב החיבור אלא גם בהרכבת המעגל המתקדש (לדוגמה, גשר שלושה פאזה, כפול נגד אנטיפרלי עם ריאקטור מאוזן). אפילו עבור אותו פלט דחיס, מערכי מתקדש שונים דורשים מתחים וזרמים שניוניים שונים. לכן, חישוב הפרמטרים של טרנספורטרים מתקדשים מתחיל מהצד השני ומבוסס על הטופולוגיה המתקדשת הספציפית. מכיוון שזרמי הסיבוביות השניונית מכילים הרמוניות גבוהות רבות, הם מזוהמים את הרשת החילופין ומפחיתים את הגורם הפעיל. כדי להפחית הרמוניות ולהגביר את הגורם הפעיל, מספר הפלסים של מערכת המתקדש צריך להגדיל, בדרך כלל באמצעות טכניקות הזזה של פאזה. מטרה של הזזה של פאזה היא להכניס הזזה בין מתחי הקו בנקודות הומולוגיות של הסיבוביות השניונית. 3.2 אספקת כוח דחיס לטראקציה משמש במחלקי כרייה או רכבות חשמליות עירוניות עם קווי חשמל דחיס מעליהם. תקלות קצר-مدار תכופות בשל חשיפה לקו חשמל השתנות גדולה בעומס הדחיס הפעלה תכופה של מנועים גורמת ליתר-טען קצר-טווח כדי להתמודד עם מצבים אלו: מגבלות עלייה בטמפרטורה נמוכות יותר צפיפות זרם נמוכה יותר ההתנגדות גבוהה בערך ב-30% מאשר בטרנספורטרי כוח סטנדרטיים 3.3 אספקת כוח דחיס לתעשייה הנעה חשמלית משמש בעיקר לספק מנועים חשמליים במערכות הנעה חשמלית, כגון: ניעור ומריצת שדה עבור מנועי גלגול 3.4송ת חשמל דחיס בעוצמה גבוהה (HVDC) מתחי פעולה טיפוסיים מעל 110 kV קיבולות משתנות מ-10,000 עד 100,000 kVA תשומת לב מיוחדת נדרשת ללחץ מבודד משולב של חילופין ודחיס לקרקע יישומים נוספים: כוח דחיס לעיבוד חשמלי או עיבוד מכני מקורות כוח לחימום עבור גנרטורים מערכות טעינת סוללות מקורות כוח לדחות מטענים (ESP)
