रेक्टिफायर ट्रान्सफार्मर: कार्य सिद्धान्त र अनुप्रयोग

१. रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मर: सिद्धांत र विश्लेषण

रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मर एक विशेष ट्रान्सफोर्मर हो जो रेक्टिफायर प्रणाली को बिजुली उपलब्ध गर्न डिझाइन गरिएको छ। यसका काम गर्ने सिद्धांत सामान्य ट्रान्सफोर्मरको समान छ — यो इलेक्ट्रोमग्नेटिक इन्डक्सन आधारित र वैद्युत विभव रूपान्तरणमा प्रयोग गरिन्छ। एउटा सामान्य ट्रान्सफोर्मरमा दुई विद्युतीय अलग वाइंडिङहरू— प्राथमिक र द्वितीयक — एक सामान्य लोहाको कोरमा लपेटिएको छन्।

जब प्राथमिक वाइंडिङ AC विद्युत स्रोतसँग जोडिन्छ, त्यसमा विकल्पी विद्युत प्रवाह भइन्छ, जसले चुंबकीय बल (MMF) उत्पन्न गर्छ, जसले बन्द लोहाको कोरमा विकल्पी चुंबकीय फ्लक्स उत्पन्न गर्छ। यो बदलिँदो फ्लक्स दुबै प्राथमिक र द्वितीयक वाइंडिङमा टप्पाटप्पा लगाउँछ, जसले द्वितीयक वाइंडिङमा समान आवृत्तिको विकल्पी विभव उत्पन्न गर्छ।

प्राथमिक र द्वितीयक वाइंडिङहरूको फेरी संख्याको अनुपात विभव अनुपातको बराबर हुन्छ। उदाहरणका लागि, यदि एउटा ट्रान्सफोर्मरमा प्राथमिकमा ४४० फेरी र द्वितीयकमा २२० फेरी छन्, र प्राथमिक तिर २२०V इनपुट छ, भने द्वितीयक तिरको औटपुट विभव ११०V हुनेछ। केही ट्रान्सफोर्मरहरूमा धेरै द्वितीयक वाइंडिङ वा टप्स हुन सक्छ, जसले धेरै फरक औटपुट विभव प्राप्त गर्न सकिन्छ।

२. रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरको विशेषताहरू

रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरहरू रेक्टिफायरहरूको साथ रेक्टिफिकेसन उपकरण बनाउँछ, जसले AC बिजुलीलाई DC बिजुलीमा रूपान्तरण गर्न सक्छ। यस्ता रेक्टिफायर प्रणालीहरू आधुनिक औद्योगिक उपक्रमहरूमा सबैभन्दा राम्रो डीसी बिजुली स्रोतहरू हुन्छन्, जसले HVDC प्रसारण, इलेक्ट्रिक ट्रक्सन, रोलिङ मिल, इलेक्ट्रोप्लेटिङ, इलेक्ट्रोलिसिस र अन्य क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।

रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरको प्राथमिक (यसलाई नेटवर्क तिर पनि भनिन्छ) AC विद्युत ग्रिडसँग जोडिन्छ, र द्वितीयक (यसलाई वाल्व तिर पनि भनिन्छ) रेक्टिफायरसँग जोडिन्छ। यसको मूल संरचना र काम गर्ने सिद्धांत सामान्य ट्रान्सफोर्मरको समान छ, तर लोड—रेक्टिफायर—सामान्य लोडहरूभन्दा फरक छ, जसले विशिष्ट डिझाइन र संचालन विशेषताहरू उत्पन्न गर्छ:

२.२ गैर-साइनुसोइडल विद्युत प्रवाह ढाँचा

रेक्टिफायर परिपथमा, प्रत्येक भाग चक्रको केवल एक भागमा चालु रहन्छ, जसले गैर-साइनुसोइडल विद्युत प्रवाह ढाँचा उत्पन्न गर्छ—सामान्यतया असतत आयताकार पल्सको जस्तो। त्यसैले, प्राथमिक र द्वितीयक वाइंडिङ विद्युत प्रवाहहरू पनि गैर-साइनुसोइडल हुन्छन्।

उदाहरणका लागि, Y/Y जोडन सँग तीन फेज ब्रिज रेक्टिफायरमा, विद्युत प्रवाह ढाँचामा विशिष्ट पल्स पैटर्न देखिन्छ। जब थायरिस्टरहरू रेक्टिफिकेसनमा प्रयोग गरिन्छ, फायरिङ डिले अधिक छ भने, विद्युत प्रवाहको उत्थान/पतन धेरै ढाली रहन्छ, जसले हार्मोनिक सामग्री बढाउँछ। यसले उच्च एडी विद्युत नुक्सान उत्पन्न गर्छ। यदि द्वितीयक वाइंडिङ विद्युत प्रवाह केवल एक भागमा चालु रहन्छ, भने रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरको उपयोग दर सामान्य ट्रान्सफोर्मरभन्दा निम्न रहन्छ। त्यसैले, समान शक्ति रेटिङको लागि, रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरहरू ठूला र भारी हुन्छन्।

२.३ तुल्य (औसत) अपारेन्ट शक्ति रेटिङ

सामान्य ट्रान्सफोर्मरमा, इनपुट र औटपुट शक्तिहरू बराबर छन् (नुक्सानहरू छोडिएको), त्यसैले रेटिङ शक्ति दुई वाइंडिङको अपारेन्ट शक्तिको एकमात्र अपारेन्ट शक्ति हुन्छ। तर, रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरमा, प्राथमिक र द्वितीयक विद्युत प्रवाहहरूको ढाँचा (उदाहरणका लागि, अर्ध-चक्र रेक्टिफिकेसनमा) फरक हुन सक्छ, जसले उनीहरूको अपारेन्ट शक्तिहरू बराबर नहुन्छ।

त्यसैले, ट्रान्सफोर्मरको शक्ति प्राथमिक र द्वितीयक अपारेन्ट शक्तिहरूको औसत रूपमा परिभाषित गरिन्छ, जसलाई तुल्य शक्ति भनिन्छ:

जहाँ ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">S</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">1</span>}}$S1 प्राथमिक अपारेन्ट शक्ति र ${\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">S</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">2</span>}}$S2 द्वितीयक अपारेन्ट शक्ति हुन्छ।

२.४ उच्च शॉर्ट-सर्किट टोलरेन्स शक्ति

रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरहरूलाई अक्सर दोष वा अचानक लोड परिवर्तन (उदाहरणका लागि, मोटर सुरुवात) द्वारा शॉर्ट-सर्किट इलेक्ट्रोमग्नेटिक बलहरू भएको देखि उच्च यान्त्रिक शक्ति राख्नुपर्छ। शॉर्ट-सर्किट परिस्थितिमा डायनेमिक स्थिरता सुनिश्चित गर्न डिझाइन र निर्माणमा एक महत्वपूर्ण विचार हुन्छ।

३. रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरको मुख्य अनुप्रयोगहरू

रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरहरू रेक्टिफायर उपकरणको शक्ति स्रोत कार्य गर्छन्। यसको मुख्य विशेषता प्राथमिक तिरको AC इनपुटलाई द्वितीयक तिरको रेक्टिफायर तत्वहरूद्वारा DC औटपुटमा रूपान्तरण गर्न छ। "शक्ति रूपान्तरण" रेक्टिफिकेसन, इनवर्सियन, र फ्रिक्वेन्सी रूपान्तरण जस्ता शामिल छ, जहाँ रेक्टिफिकेसन सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। रेक्टिफायर उपकरणहरूलाई शक्ति उपलब्ध गराउने ट्रान्सफोर्मरहरूलाई रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मर भनिन्छ। धेरै औद्योगिक DC शक्ति स्रोतहरू AC ग्रिड, रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मर र रेक्टिफायर परिपथहरूको संयोजन द्वारा प्राप्त गरिन्छ।

३.१ इलेक्ट्रोकेमिकल उद्योग

यो रेक्टिफायर ट्रान्सफोर्मरको सबैभन्दा ठूलो अनुप्रयोग क्षेत्र हो:

• धातु यौगिकहरूको इलेक्ट्रोलिसिस गरी एल्युमिनियम, मैग्नेसियम, कप्दार, र अन्य गैर-फेर्रिक धातुहरू उत्पादन गर्न

• नमकपानी इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा च्लोर-एल्काली उत्पादन गर्न

• पानी इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन र ऑक्सिजन उत्पादन गर्न

यी प्रक्रियाहरूले उच्च विद्युत धारा, निम्न वोल्टेज डीसी शक्ति आवश्यक छन्, जुन इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस ट्रान्सफारमरहरूको साथ अधिकै समान हुन्छ। यसैले, रेक्टिफायर ट्रान्सफारमरहरूले फर्नेस ट्रान्सफारमरहरूको संरचनात्मक विशेषताहरू साझा गर्छन्।

रेक्टिफायर ट्रान्सफारमरको सबैभन्दा विशिष्ट विशेषता यो हो कि द्वितीयक धारा अब अधिक लामो एसी भएको छैन। रेक्टिफायिङ घटकहरूको एकदिशात्मक चालनाको कारणले, फेज धाराहरू पल्सिल र एकदिशात्मक हुन्छन्। फिल्टरिङ गर्दा, यी पल्सिल धारा मान्य डीसी बन्छ।

द्वितीयक वोल्टेज र धारा ट्रान्सफारमरको क्षमता र कनेक्सन समूहको अनुसार निर्भर छन् र रेक्टिफायर सर्किट संरचनाको (जस्तै, तीन-फेज ब्रिज, दुई ड्युअल एन्टीपारालल र बैलेन्सिङ रिअक्टर) अनुसार निर्भर छन्। एउटै डीसी निर्गतको लागि पनि, विभिन्न रेक्टिफायर सर्किटहरूले विभिन्न द्वितीयक वोल्टेज र धारा आवश्यक छन्। यसैले, रेक्टिफायर ट्रान्सफारमरको पैरामिटर गणना द्वितीयक तरफबाट शुरू हुन्छ र विशिष्ट रेक्टिफायर टोपोलोजीको आधारमा गरिन्छ।

किनकि रेक्टिफायर विन्डिङ धाराहरूमा उच्च-कोटि अनुक्रमिक ध्वनिहरू रहन्छन्, यी एसी ग्रिडलाई प्रदूषित गर्छन् र शक्ति गुणांक घटाउँछन्। अनुक्रमिक ध्वनिहरूलाई कम गर्न र शक्ति गुणांक बढाउन, रेक्टिफायर प्रणालीको पल्स संख्या बढाउनुपर्छ, जसलाई सामान्यतया फेज-शिफ्टिङ तकनीकहरूको माध्यम ल्याइन्छ। फेज शिफ्टिङको उद्देश्य द्वितीयक विन्डिङहरूको सामान्य टर्मिनलहरूमा लाइन वोल्टेजहरूमा फेज विस्थापन ल्याउन हो।

३.२ ट्रेक्सन डीसी शक्ति आपूर्ति

खनन वा शहरी इलेक्ट्रिक लोकोमोटिभहरूमा डीसी ओवरहेड लाइनहरूको उपयोग गरिन्छ।

• ओवरहेड लाइन खुलाउने कारण निरन्तर छोटो सर्किट फाउल्ट

• डीसी लोडमा ठूलो झुकाव

• निरन्तर मोटर सुरुवात ल्याउँदा छोटोकालीन ओवरलोड

यी परिस्थितिहरूलाई सम्बोधन गर्न:

• थुप्लाई तापक्रम सीमा कम

• कम धारा घनत्व

• प्रतिरोध आम शक्ति ट्रान्सफारमरभन्दा लगभग ३०% बढी

३.३ औद्योगिक ड्राइव डीसी शक्ति आपूर्ति

मुख्यतया इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टेमहरूमा डीसी मोटरहरूलाई शक्ति आपूर्ति गर्न उपयोग गरिन्छ, जस्तै:

• रोलिङ मिल मोटरको आर्मेचर र फील्ड एक्साइटेशन

३.४ उच्च वोल्टेज डाइरेक्ट करन्ट (HVDC) ट्रान्समिशन

• सामान्यतया ११० kV भन्दा ऊँचो वोल्टेजमा काम गर्छ

• क्षमता दहा हजार देखि लाख तक kVA छ

• संयुक्त एसी र डीसी अनुप्रायोगी दाबको लागि विशेष ध्यान आवश्यक छ

अन्य उपयोग:

• इलेक्ट्रोप्लेटिङ वा इलेक्ट्रोमशिनिङको लागि डीसी शक्ति

• जनरेटरहरूको लागि एक्साइटेशन शक्ति आपूर्ति

• बैटरी चार्जिङ सिस्टमहरू

• इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रिसिपिटेटर (ESP) शक्ति आपूर्ति