Сегодня, с глубокой интеграцией технологий силовой электроники в промышленное производство, специальный трансформатор, отличающийся от обычного распределительного оборудования, играет все более важную роль.выпрямительный трансформатор. Задача обычного силового трансформатора состоит в преобразовании одного напряжения переменного тока в другое, а задача выпрямительного трансформатора еще более особенная - это специальный силовой трансформатор для выпрямительного оборудования, который преобразует напряжение сети переменного тока в напряжение переменного тока, необходимое выпрямительному устройству, и посредством преобразования числа фаз и угла фазы, наконец, выводит электрическую энергию постоянного тока через компоненты выпрямителя. Подавляющее большинство источников постоянного тока, используемых в промышленности, питаются от сетей переменного тока через выпрямительные трансформаторы и выпрямительное оборудование. Итак, в чем же существенные различия между выпрямительными трансформаторами иобычные силовые трансформаторы? Чем выделяется его основная технология «многоимпульсного-сдвига фазы» в приложениях с высокой-мощностью, таких как электролиз, тяга, передача и даже передача постоянного тока высокого-напряжения?
Исходя из основного определения, выпрямительные трансформаторы служат выпрямительным системам. Их входные клеммы подключаются к сети переменного тока, и после внутреннего преобразования напряжения и расположения фаз они выдают несколько наборов мощности переменного тока с определенными фазами. Затем они получают плавный выход постоянного тока через компоненты выпрямителя, такие как тиристоры или выпрямительные диоды. Этот рабочий процесс определяет, что выпрямительные трансформаторы имеют совершенно иную направленность конструкции, чем силовые трансформаторы. Выходной сигнал выпрямительного трансформатора не представляет собой единственную синусоидальную волну, а требует подачи на выпрямительный мост - нескольких наборов переменного напряжения со смещением фаз под определенным углом. Например, в 12-пульсной выпрямительной системе выходной сигнал двух трех-фазных обмоток на стороне клапана отличается на 30 градусов по электрическому углу; В 24-импульсной системе катушки со стороны сетки двух трансформаторов сдвинуты на положительные и отрицательные 7,5 градусов, что приводит к разнице фаз на выходе клапана на 15 градусов. Эта технология «многоимпульсного режима со сдвигом по фазе» является основной особенностью, отличающей выпрямительные трансформаторы от обычных трансформаторов.
Ключом к пониманию выпрямительных трансформаторов является понимание внутренней логики между количеством импульсов и технологией фазового сдвига. Так называемое-количество импульсов означает, сколько раз выпрямитель выдает пульсации постоянного тока в течение одного цикла промышленной частоты. Хотя обычные шестиимпульсные системы выпрямления могут обеспечить преобразование переменного-постоянного тока, они будут генерировать гармонические токи с частотами, кратными основной волне в электросети - характерных гармонических порядков 6K ± 1 (т. е. . 5-й, 7-й, 11-й, 13-й и т. д.), вызывая значительное загрязнение электросети. Чтобы подавить гармоники и улучшить качество электроэнергии на стороне сети, в промышленности обычно применяется идея «многоимпульсного режима», которая заключается в расположении нескольких наборов вторичных обмоток с разными фазами в выпрямительном трансформаторе так, чтобы кратность их импульсов удваивалась. Возьмем, к примеру, 12-импульсное выпрямление: если вторичная обмотка выполнена в виде двух трехфазных обмоток, соединенных звездой и углом, с разностью выходных фаз ровно 30 градусов, 5-я и 7-я характеристические гармоники могут быть устранены после выпрямления. Дальнейшее увеличение количества импульсов до 24 может эффективно подавить 11-ю и 13-ю гармоники. В приложениях с высокой-мощностью, таких как электрохимический электролиз алюминия, за счет более сложной конструкции фазосдвигающей обмотки количество импульсов системы может достигать даже 60, что позволяет системе питания работать с чрезвычайно высокой плавностью и низким содержанием гармоник при номинальной нагрузке. Можно сказать, что чем выше число импульсов выпрямительного трансформатора, тем лучше характеристики сглаживания выходного постоянного тока и тем меньше загрязнения он вызывает в электросети. Однако сложность соответствующей структуры обмотки трансформатора и обработки фазового сдвига также возрастает в геометрической прогрессии.
На уровне проектирования выпрямительных трансформаторов обычно используются две основные системы обмоток: сторона сети и сторона клапана. Обмотка со стороны сети подключается к сети переменного тока, и в соответствии с требованиями фазового сдвига можно использовать различные методы подключения, такие как треугольник Янбянь; Сторона клапана представляет собой вторичную обмотку, которая подает питание на выпрямительное устройство, разделенное на несколько наборов выходов в соответствии с требованиями системы к импульсам. Для изделий с 12 или более импульсами обычно используется структура обмотки с двойным разделением по оси - обмотка со стороны клапана расположена в двух или более независимых группах катушек вдоль осевого направления железного сердечника, что соответствует различным группам соединений. Такая конструкция не только обеспечивает точное соотношение фаз между обмотками на каждой стороне клапана, но также сохраняет сопротивление короткого-замыкания каждой обмотки на стороне сети максимально постоянным во время процесса коммутации, тем самым балансируя распределение тока между различными плечами выпрямительного моста. Что касается материалов и процессов, обмотки выпрямительных трансформаторов обычно изготавливаются из медных проводов или медной фольги, катушки малой мощности имеют многослойную структуру, катушки большой мощности имеют структуру пирога, чтобы обеспечить достаточную вентиляцию и рассеивание тепла, а железный сердечник изготовлен из листов кремнистой стали с высокой проницаемостью, сложенных вместе. После ряда процессов, таких как предварительная сушка, вакуумное нанесение покрытия и горячее отверждение, катушка и железный сердечник образуют стабильную общую структуру, что значительно снижает рабочий шум и позволяет оборудованию иметь хорошую устойчивость в условиях кратковременных-перегрузок. В зависимости от уровня мощности и условий эксплуатации выпрямительные трансформаторы могут быть изготовлены либо масляными, либо сухими-типом - первый обладает высокой способностью рассеивать тепло и подходит для длительной-непрерывной работы на промышленных объектах высокого напряжения и большой мощности; Последний широко используется в местах со строгими требованиями пожарной безопасности, например, в подземных помещениях городского железнодорожного транспорта, благодаря своим -безмасляным и-огнестойким преимуществам.
Изучив ценность выпрямительных трансформаторов с точки зрения подавления гармоник, мы сможем лучше понять их незаменимость. Выпрямительные нагрузки, используемые в электрохимической промышленности, зачастую имеют огромные размеры, а генерируемые ими гармонические токи при попадании в электросеть могут вызвать искажение формы напряжения системы, снижение качества электроснабжения, а в тяжелых случаях даже поставить под угрозу безопасную работу оборудования по производству и потреблению электроэнергии. Поэтому в отрасли их называют «энергетическим загрязнением». Выпрямительный трансформатор уменьшает это загрязнение за счет изменения распределения спектра гармоник в источнике. - он использует конфигурацию сдвига фазы между несколькими обмотками для подавления характеристических гармоник низкого порядка внутри трансформатора, что значительно снижает содержание гармоник высокого-порядка, вводимых в электросеть, и улучшает коэффициент мощности всей системы. Кроме того, больший импеданс короткого-замыкания в конструкции ограничивает воздействие тока короткого-замыкания, а эффект электрической изоляции трансформатора изолирует выпрямительное оборудование от сети, уменьшая влияние электромагнитных помех на другое параллельно работающее оборудование.
В промышленности выпрямительные трансформаторы охватывают почти все области, где требуется источник питания постоянного тока высокой-мощности. Электрохимическая промышленность является наиболее широко используемой отраслью выпрямительных трансформаторов. Будь то восстановление оксида алюминия до металлического алюминия при электролитическом производстве алюминия, электролиз соли для производства хлора и каустической соды или электролиз воды для производства водорода и кислорода, все они полагаются на сверхвысокую выходную мощность постоянного тока выпрямительных трансформаторов. Потребность в токе в процессе выплавки алюминия особенно поразительна - на примере тиристорного электролитического алюминиевого выпрямительного трансформатора сверхбольшой мощности мощностью 173 МВА, его выпрямленный ток достигает 2 × 48 кА, а напряжение постоянного тока достигает 1450 вольт. В области железнодорожного транспорта в системах тягового электропитания городских метрополитенов, легкорельсового транспорта и трамваев обычно используется источник питания постоянного тока напряжением 750 В или 1500 В. Выпрямительный трансформатор понижает переменное напряжение 35 кВ или 10 кВ и подает его на выпрямительное устройство, обеспечивая надежную энергию постоянного тока для тягового двигателя поезда. В области промышленной передачи выпрямительные трансформаторы обеспечивают управляемый вход постоянного тока для преобразователей частоты в крупных сталепрокатных станах, шахтных подъемниках и судовых двигательных системах, тем самым обеспечивая точную регулировку скорости двигателя постоянного тока. Передача постоянного тока высокого напряжения — это еще один высококлассный сценарий применения выпрямительных трансформаторов - на преобразовательных станциях. Преобразовательные трансформаторы выполняют задачу преобразования переменного тока в постоянный. Уровень их напряжения может достигать ±800 кВ и даже выше, а мощность превышает гигавольт-ампер, что предъявляет чрезвычайно высокие технические требования к системам координации изоляции и охлаждения. Кроме того, различные сценарии, такие как гальваника и электрическая обработка, возбуждение генератора, зарядка электромобилей и электрофильтр, также полагаются на поддержку выпрямительных трансформаторов, которые, можно сказать, играют незаменимую базовую роль в системе электропитания постоянного тока современной промышленности.
Что касается экспортного выбора и международной сертификации, стандартная система и элементы испытаний для выпрямительных трансформаторов отличаются от таковых для обычных силовых трансформаторов. Для промышленных применений выпрямления стандарты серии IEC 61378 являются международно признанными базовыми рекомендациями: часть 1 касается промышленных преобразовательных трансформаторов, а часть 2 специально предназначена для преобразовательных трансформаторов высокого-передающего постоянного тока. На рынке Северной Америки стандарт ANSI/IEEE C57.18.10 заменил серию IEC в качестве обязательного технического руководства. Этот стандарт специально разработан для полупроводниковых силовых выпрямительных трансформаторов и применим к специализированным нагрузочным продуктам с однофазной номинальной мощностью 100 кВт и выше и трехфазной-номинальной мощностью 100 кВт и выше. Он охватывает различные сценарии применения, такие как выпрямители, инверторы, дуговые печи и приводные устройства с регулированием скорости, и является важной основой для проверки электробезопасности и допуска на рынки США и Канады. Опытные команды по внешней торговле должны заранее подготовить полный набор отчетов об испытаниях типа IEEE C57.18.10 при продвижении выпрямительных трансформаторов клиентам в Северной Америке. Однако, имея только универсальный отчет об испытаниях IEC, часто бывает сложно выполнить обязательные требования местных регулирующих органов. На рынке ЕС, если выпрямительные трансформаторы классифицируются как низковольтное электрооборудование, они должны быть оснащены документами о соответствии Директиве по низковольтному оборудованию и Директиве по электромагнитной совместимости под знаком CE, а целостность и убедительность выдаваемого отчета о само-оценке должны подтверждаться поэлементными испытаниями конкретных стандартов IEC для выпрямителей. Выпрямительные трансформаторы, предназначенные для железнодорожной тяги, также должны соответствовать дополнительным положениям IEC 60310, чтобы гарантировать, что они могут адаптироваться к частым циклам пуска и остановки и крупномасштабным колебаниям нагрузки в реальных дорожных сетях.
На фоне глобальной модернизации энергетической инфраструктуры перспективы рынка выпрямительных трансформаторов продолжают расширяться. Благодаря многочисленным факторам роста, таким как интеграция новых энергетических сетей, инвестиции в электротранспорт и ускорение железнодорожного транспорта, спрос на специальные трансформаторы постепенно превышает долю традиционного распределительного оборудования, а выпрямительные трансформаторы являются ключевым звеном в этом технологическом процессе. Когда клиенты спрашивают вас: «Какая система выпрямления мне действительно нужна?», возможно, это поможет им задуматься в следующем направлении: какого порядка величины постоянного напряжения и тока необходимы для внутренней нагрузки? Каково давление системы, чтобы она соответствовала стандартам предела гармоник и коэффициента мощности? Необходимо ли иметь несколько выпрямительных трансформаторов, работающих параллельно в сети выпрямителей, чтобы разделить мощность или генерировать большее количество импульсов? Когда все эти условия четко определены, архитектура источника питания постоянного тока, основанная на многоимпульсном-выпрямительном трансформаторе со сдвигом фазы, часто является наиболее надежным и надежным решением, которое может сбалансировать сглаживание нескольких импульсов и скоординированное подавление гармоник -, это также отраслевая задача выпрямительных трансформаторов.
