Преобразувачки трансформатор: Принцип на работа и применувања
1. Ректификаторски трансформатор: Принципот и преглед
Ректификаторскиот трансформатор е специјализиран трансформатор дизајниран за да доставува на ректификаторски системи. Неговиот начин на работа е ист како и на конвенционалниот трансформатор — функционира на база на електромагнетна индукција и се користи за трансформација на алтернативна напонска вредност. Типичен трансформатор има две електрично изолирани обмотки — основна и вторична — намотани околу заедничка јажењска јадра.
Кога основната обмотка е поврзана со алтернативен извор на стрuja, алтернативна стрuja протече низ неа, што генерира магнетомоторна сила (ММФ), која произведува алтернативен магнетен поток во затворената јажењска јадра. Овој променлив поток пресекува и основната и вторичната обмотка, индуцирајќи алтернативен напон со иста фреквенција во вторичната обмотка.
Односот на бројот на намотки помеѓу основната и вторичната обмотка е еднаков на односот на напонските вредности. На пример, ако трансформаторот има 440 намотки на основната и 220 намотки на вторичната обмотка, со 220V вход на основната страна, излезниот напон на вторичната ќе биде 110V. Некои трансформатори можат да имаат многу вторични обмотки или тапови, што овозможува да се добијат неколку различни излезни напони.
2. Карактеристики на ректификаторските трансформатори
Ректификаторските трансформатори работат заедно со ректификатори за да формираат ректификациони опреми, овозможувајќи конверзија на AC стрuja во DC стрuja. Таквите ректификаторски системи се најчесто користени DC извори на стрuja во современите индустријски предузевта, широко применети во HVDC пренос, електрична трага, валцачници, електролитско цртане, електролиза и други области.
Основната (така наречена мрежна) страна на ректификаторскиот трансформатор е поврзана со AC мрежата, додека вторичната (така наречена клапна) страна е поврзана со ректификаторот. Иако неговата основна структура и начин на работа се слични на конвенционалниот трансформатор, теретот — ректификаторот — значително се разликува од нормалните терета, што доведува до уникални карактеристики во дизајнот и функционирањето:
2.2 Не-синусоидни таласни форми на стрuja
Во ректификаторскиот кружок, секоја гранична врска проводи само дел од циклусот, што резултира во не-синусоидни таласни форми на стрuja — типично блиски до прекинати правоаголни пулси. Како резултат, и основната и вторичната обмотка имаат не-синусоидни струји.
На пример, во трифазен мостов ректификатор со Y/Y поврзување, формата на стрujата покажува специфични пулсни образци. Кога се користат тиристори за ректификација, колку што е поголем аголот на активирање, толку пострмени се нагласнувањата и спадовите на стрujата, зголемувајќи гармоничкото содржание. Ова доведува до поголеми губитоци од вихорни стрuji. Бидејќи вторичната обмотка проводи стрuja само дел од времето, експлоатацијата на ректификаторскиот трансформатор е помала од конвенционалниот трансформатор. Затоа, за истиот моќен капацитет, ректификаторските трансформатори се обично поголеми и тешки.
2.3 Еквивалентен (просечен) видливи моќен капацитет
Во конвенционален трансформатор, влезната и излезната моќ се еднакви (игнорирајќи губитоци), така да едноставно капацитетот е видливата моќ на било која обмотка. Меѓутоа, во ректификаторскиот трансформатор, основните и вторичните стрuji можат да се разликуваат по формата (на пример, во полу-вална ректификација), правејќи ги нивните видливи моќи неравни.
Затоа, капацитетот на трансформаторот се дефинира како просек на основната и вторичната видлива моќ, познат како еквивалентен капацитет:
каде S1 е основната видлива моќ и S2 е вторичната видлива моќ.
2.4 Висока капацитет за оддржување на кратки поврзувања
Ректификаторските трансформатори мора да имаат висока механичка чврстост за да оддржуваат електромагнетни сили поради чести грешки или изненадни промени на теретот (на пример, започнување на мотор). Обезбедувањето на динамичка стабилност под услови на кратко поврзување е критична размисла при дизајнот и производството.
3. Главни примени на ректификаторските трансформатори
Ректификаторските трансформатори служат како извор на моќ за ректификаторска опрема. Нивната главна карактеристика е конверзија на AC вход на основната страна во DC излез низ ректификаторски елементи на вторичната страна. „Конверзија на моќ“ вклучува ректификација, инверзија и фреквенциска конверзија, од кои ректификацијата е најшироко користена. Трансформаторите користени за доставување на ректификаторски уреди се нарекуваат ректификаторски трансформатори. Повеќето индустријски DC извори на моќ се добиваат комбинирајќи AC мрежи со ректификаторски трансформатори и ректификаторски кружоци.
3.1 Електрохемиска индустрија
Ова е најголемата област на примена на ректификаторските трансформатори:
Електролиза на метални соединици за производство на алюминиум, магнезиум, меди и други нетежки метали
Производство на хлор-алкални соединици низ електролиза на солена вода
Генерирање на водород и кислород низ електролиза на вода
Овие процеси бараат високи струји, ниски DC напони, слични во некои аспекти на трансформаторите за електрични печи. Затоа, ректификаторските трансформатори делеат структурни карактеристики со печни трансформатори.
Најзначајната карактеристика на ректификаторските трансформатори е дека вторичната стрuja вече не е синусоидна AC. Збогунедвосмерната проводливост на ректификаторските елементи, фајзовите стрuji стануваат пулсирачки и недвосмерни. По филтрирање, ова пулсираче стрuja станува гладка DC.
Вторичниот напон и стрuja зависат не само од капацитетот на трансформаторот и групата на поврзување, туку и од конфигурацијата на ректификаторскиот кружок (на пример, трифазен мост, двојно антипаралелно со балансирачки реактор). Дури и за истиот DC излез, различни ректификаторски кружоци бараат различни вторични напони и стрuji. Затоа, пресметката на параметрите за ректификаторските трансформатори започнува од вторичната страна и е базирана на конкретната ректификаторска топологија.
Бидејќи вторичните стрuji на обмотките содржат богати високи гармонии, загадуваат AC мрежата и го намалуваат факторот на моќ. За намалување на гармониите и подобрување на факторот на моќ, бројот на пулси на ректификаторскиот систем мора да се зголеми, обично постигнувајќи го тоа преку техники за фазно-померување. Целта на фазното померување е да се воведе фазна дислокација помеѓу линиските напони на хомолошки терминали на вторичните обмотки.
3.2 DC извор на моќ за трага
Се користи во мински или градски електрични возови со DC надворешни линии.
Чести кратки поврзувања поради експозиција на надворешните линии
Големи флуктуации на DC теретот
Чести започнувања на мотори што причинуваат кратковремени прекомерни терети
За справување со овие услови:
Ниски гранични вредности за температурно повишување
Намалена густина на стрuja
Импедансата е околу 30% повисока од стандардните трансформатори на моќ
3.3 DC извор на моќ за индустријски привод
Примарно се користи за доставување на DC мотори во електрични системи за привод, како:
Арматурна и поле на возбудување за валцачни мотори
3.4 Пренос на висок напон DC (HVDC)
Оперативни напони типично над 110 kV
Капацитети од десетки до стотици хиљади kVA
Потребно специјално внимание за комбиниран стрес од изолација на AC и DC до земјата
Други примени:
DC моќ за електролитско цртане или електрообработка
Извори на моќ за возбудување на генератори
Системи за пополнување на батерији
Извори на моќ за електростатички осветлувачи (ESP)
