Praćevalni transformator: Načelo rada i primjene
1. Pravilnik i pregled upravljačkog transformatora
Upravljački transformator je specijalizirani transformator dizajniran za snabdijevanje upravljačkih sistema. Njegov radni princip isti je kao kod konvencionalnog transformatora - temelji se na elektromagnetskoj indukciji i koristi se za pretvaranje strujnog napona. Tipičan transformator ima dva električki izolirana vitanja - primarno i sekundarno - savijena oko zajedničkog željeznog jezgra.
Kada se primarno vitanje spoji s AC naponom, struja protječe kroz njega, generirajući magnetni pokretački napon (MMF), što stvara promjenjiv magnetski tok u zatvorenom željeznom jezgru. Taj se promjenjivi tok presecaju sa oba, primarnog i sekundarnog vitanja, inducirajući promjenjivi napon iste frekvencije u sekundarnom vitanju.
Omjer broja zavojnica između primarnog i sekundarnog vitanja jednak je omjeru napona. Na primjer, ako transformator ima 440 zavojnica na primarnom i 220 zavojnica na sekundarnom vitanju, s ulaznim naponom od 220V na primarnoj strani, izlazni napon na sekundarnoj strani bit će 110V. Neki transformatori mogu imati više sekundarnih vitanja ili tapova, što omogućuje postizanje nekoliko različitih izlaznih napona.
2. Osobine upravljačkih transformatora
Upravljački transformatori rade zajedno s upravljačima kako bi formirali upravljačku opremu, omogućujući pretvorbu AC struje u DC struju. Takvi upravljački sustavi su najčešće korišteni izvori DC struje u modernim industrijskim poduzećima, široko primjenjivani u prijenosu visokonaponske DC struje, električnom trakciji, valjanicama, cinkovanju, elektrolizi i drugim područjima.
Primarna strana (također poznata kao mrežna strana) upravljačkog transformatora povezuje se s AC mrežom, dok sekundarna strana (također poznata kao ventilna strana) povezuje se s upravljačem. Iako osnovna struktura i radni princip slični su onima konvencionalnog transformatora, opterećenje - upravljač - značajno se razlikuje od normalnih opterećenja, što dovodi do jedinstvenih dizajnerskih i operativnih karakteristika:
2.2 Nelinearne talase struje
U upravljačkom krugu svaki ramen provodi samo tijekom dijela ciklusa, što rezultira nelinearnim talasima struje - tipično blizu diskontinuiranih pravokutnih impulsa. Stoga su i struje u primarnom i sekundarnom vitanju nelinearne.
Na primjer, u trofaznom mostovom upravljaču s Y/Y vezom, talas struje pokazuje očite impulsnike. Kada se tirestorii koriste za upravljanje, veći kut zapala dovodi do bržeg porasta/padanja struje, povećavajući harmonijski sadržaj. To dovodi do većih gubitaka od struje. Budući da sekundarno vitanje provodi struju samo dio vremena, iskorištavanje upravljačkog transformatora niže je od konvencionalnog transformatora. Stoga, za istu snagu, upravljački transformatori često su veći i teži.
2.3 Ekvivalentna (prosječna) aparentna snaga
U konvencionalnom transformatoru, ulazna i izlazna snaga su jednake (ignorirajući gubitke), pa je nominirana kapacitet jednostavno aparentna snaga bilo kojeg vitanja. Međutim, u upravljačkom transformatoru, talasi struje u primarnom i sekundarnom vitanju mogu se razlikovati (na primjer, u poluvoltnom upravljanju), čime se njihove aparentne snage ne podudaraju.
Stoga se kapacitet transformatora definira kao prosjek aparentne snage primarnog i sekundarnog vitanja, poznat kao ekvivalentna kapacitet:
gdje S1 je aparentna snaga primarnog vitanja, a S2 je aparentna snaga sekundarnog vitanja.
2.4 Visoka otpornost na kratkosporne struje
Upravljački transformatori moraju imati visoku mehaničku čvrstoću kako bi izdržavali kratkosporne elektromagnetske sile zbog čestih grešaka ili iznenadnih promjena opterećenja (na primjer, pokretanja motora). Osiguranje dinamičke stabilnosti u uvjetima kratkospornih struja ključno je razmatranje u dizajnu i proizvodnji.
3. Glavne primjene upravljačkih transformatora
Upravljački transformatori služe kao izvor snage za upravljačku opremu. Njihova glavna značajka je pretvaranje AC unosa na primarnoj strani u DC izlaz putem upravljačkih elemenata na sekundarnoj strani. "Pretvorba snage" uključuje upravljanje, inverziju i promjenu frekvencije, od kojih je upravljanje najšire korišteno. Transformatori koji se koriste za snabdijevanje upravljačkih uređaja nazivaju se upravljački transformatori. Većina industrijskih DC izvora snage dobiva se kombiniranjem AC mreža s upravljačkim transformatorima i upravljačkim krugovima.
3.1 Elektrokemijska industrija
Ovo je najveća područja primjene upravljačkih transformatora:
Elektroliza metalnih spojeva za proizvodnju aluminija, magnezija, bakra i drugih netalnih metala
Proizvodnja hlor-alkalnih spojeva putem elektrolize solanog rastvora
Generiranje vodika i kisika putem elektrolize vode
Ti procesi zahtijevaju visokostrujnu, niskonaponsku DC snagu, sličnu nekim aspektima električnih lukovnih pećeva. Stoga upravljački transformatori dijele strukturne značajke s pećnim transformatorima.
Najznačajnija značajka upravljačkih transformatora jest da sekundarna struja više nije sinusna AC. Zbog jednosmjernog provođenja upravljačkih elemenata, fazi struje postaju pulsirajuće i jednosmjernog smjera. Nakon filtriranja, ovaj pulsirajući struj postaje gladak DC.
Sekundarni napon i struja ovisi ne samo o kapacitetu transformatora i grupi vezivanja, već i o konfiguraciji upravljačkog kruga (na primjer, trofazni most, dvostruki antiparalelni s balansirnim reaktorom). Čak i za isti DC izlaz, različiti upravljački krugovi zahtijevaju različite sekundarne napone i struje. Stoga računanje parametara upravljačkih transformatora započinje s sekundarne strane i temelji se na specifičnoj topologiji upravljačkog kruga.
Zbog toga što sekundarna struja upravljačkih vitanja sadrži bogate višeredne harmonije, one onečištavaju AC mrežu i smanjuju faktor snage. Da bi se smanjile harmonije i poboljšao faktor snage, broj impulsa upravljačkog sustava mora se povećati, obično putem tehnikih faznih pomaka. Cilj faznih pomaka je uvesti fazni pomak između linijskih napona na homološkim terminalima sekundarnih vitanja.
3.2 DC snabdevanje trakcijske struje
Koristi se u rudarskim ili gradskim električnim lokomotivama s DC nadzemnim vodovima.
Česti kratkosporni propusti zbog izloženosti nadzemnih vodova
Velike fluktuacije DC opterećenja
Često pokretanje motora uzrokuje kratkoročne preopterećenja
Da bi se obradili ti uvjeti:
Niži ograničeni temperature
Smanjena gustoća struje
Impedancija je otprilike 30% veća od standardnih transformatora snage
3.3 Industrijsko DC snabdevanje pogonske struje
Glavno se koristi za snabdijevanje DC motora u električnim pogonskim sustavima, poput:
Armatura i magnetično podsticanje za valjanice motora
3.4 Prijenos visokonaponske DC struje (HVDC)
Radni naponi obično iznad 110 kV
Kapacitete od deset tisuća do stotina tisuća kVA
Posebna pažnja potrebna za kombinirani AC i DC izolacijski stres prema zemlji
Ostale primjene:
DC snaga za cinkovanje ili elektroobradu
Izvori snage za podsticanje generatora
Sustavi za punjenje baterija
Izvori snage za elektrostatičke praćace (ESP)
