В большом семействе трансформероводнофазные-трансформаторыявляются одними из самых основных и старейших участников. Его структура и принцип могут показаться простыми - с одной опорой с железным сердечником и двумя обмотками (первичной и вторичной), но он поддерживает широкий спектр потребностей: от освещения жилых домов до железнодорожной тяги, от прецизионных приборов до производства новой энергии. Однако, по мнению большинства людей,трехфазные-трансформаторыявляются основным выбором для промышленности и энергетических сетей. Итак, в каких конкретных сценариях однофазные трансформаторы по-прежнему играют незаменимую роль? Каковы его уникальные преимущества и недостатки по сравнению с трех-фазными трансформаторами? Если для проекта требуется однофазное электропитание-, какие технические детали и требования сертификации следует учитывать в процессе выбора?
В основном принципе,однофазный-трансформаторСтатическое электрическое устройство, работающее по принципу электромагнитной индукции. При подключении обмотки к источнику переменного тока в железном сердечнике создается переменный магнитный поток, который одновременно проходит через вторичную обмотку и наводит электродвижущую силу с коэффициентом усиления, равным числу витков. Конструктивно однофазные трансформаторы обычно имеют железный сердечник в форме рта (сердечник) или кожухового типа с обмотками высокого и низкого напряжения, концентрическими вокруг столбца с железным сердечником. В зависимости от количества фаз одно-трансформаторы могут использоваться отдельно или в трех-системе, состоящей из трех однофазных-трансформаторов. Эта схема «три однофазных компонента, образующих одну трехфазную-фазу», имеет уникальные преимущества в определенных ситуациях с высоким-напряжением и большой-емкостью.
Наиболее значительное преимущество однофазных-трансформаторов заключается в их гибкости и экономичности. В ситуациях, когда потребность в мощности невелика, например, в одном домашнем блоке питания на один метр в жилых районах, уличном освещении, небольших электроинструментах и адаптерах питания в бытовой технике, одно-трансформаторы могут напрямую получать энергию от однофазных электросетей напряжением 220 В или 110 В без необходимости сложных расчетов балансировки трех-фаз. Они имеют простую конструкцию и низкую стоимость. На эксплуатационном уровне при выходе из строя однофазного трансформатора необходимо заменить только оборудование, не затрагивая при этом две другие фазы во всей трехфазной группе. Это очень ценно при электроснабжении железнодорожной тяги и распределении электроэнергии в отдаленных районах. Кроме того, однофазные трансформаторы-имеют меньший объем и вес по сравнению с трехфазными трансформаторами той же мощности, что упрощает их транспортировку и установку, что особенно удобно при установке на колоннах воздушных линий электропередачи.
Однако однофазные трансформаторы-имеют и естественные ограничения. При одинаковой мощности коэффициент использования материала однофазных трансформаторов обычно ниже, чем у трехфазных трансформаторов, поскольку железный сердечник и обмотка трехфазных трансформаторов могут использовать общую магнитную цепь, что позволяет экономить материалы с железным сердечником и снижать потери. Поэтому в промышленных-распределительных и магистральных сетях электросетей трехфазные трансформаторы являются абсолютным распространённым явлением. Кроме того, если большое количество однофазных нагрузок сконцентрировано на определенной фазе, это может вызвать дисбаланс в трехфазной энергосети, что приведет к таким проблемам, как смещение нейтральной точки и увеличение тока нулевой последовательности. Поэтому при крупномасштабном однофазном распределении необходимо разумное распределение нагрузки.
Итак, каковы типичные сценарии применения однофазных-трансформаторов? Тяговое электроснабжение электрифицированных железных дорог является одной из важнейших областей применения однофазных трансформаторов. В железнодорожной контактной системе используется однофазный источник переменного тока (25 кВ или 2 × 25 кВ), а тяговый трансформатор преобразует трехфазное-высокое-электрическое напряжение электросети в однофазное-электроэнергию, подходящую для работы поездов. Существует два распространенных решения: одно — использовать однофазный трансформатор для прямого питания одной фазы из трех-электросети, но этот подход может привести к серьезному трехфазному дисбалансу; Более распространенным решением является использование трансформаторов Скотта или Vv для преобразования трехфазного электричества в два однофазных источника электричества с разницей фаз 90 градусов, которые подают электроэнергию в воздушные и контактные сети соответственно, обеспечивая таким образом балансировку нагрузки. Если взять в качестве примера высокоскоростную железную дорогу Китая, то большое количество однофазных тяговых трансформаторов используется в сочетании с источниками питания AT для удовлетворения потребностей в высоко-мощном и надежном электропитании высокоскоростных-поездов. В жилом и коммерческом освещении однофазное распределение электроэнергии распространено повсеместно, - от микротрансформаторов в бытовых счетчиках до однофазных трансформаторов, монтируемых на столбах в жилых распределительных помещениях. Они снижают высокое напряжение 10 кВ до низкого напряжения 220 В (или 110 В), обеспечивая ежедневное электроснабжение тысяч домохозяйств. В области новой энергетики некоторые бытовые фотоэлектрические инверторы и системы хранения энергии также имеют встроенные-однофазные трансформаторы для обеспечения безопасной изоляции и согласования напряжения с бытовой электросетью. Кроме того, однофазные изолирующие трансформаторы используются в промышленном управлении, контрольно-измерительных приборах, источниках питания связи и медицинском оборудовании для обеспечения функций безопасной изоляции и защиты от-помех.
По сравнению с трехфазными-трансформаторами выбор однофазных-трансформаторов имеет свои особенности. С точки зрения выражения мощности, номинальная мощность одно-фазного трансформатора относится к мощности одного устройства (в кВА), тогда как номинальная мощность трех-фазного трансформатора относится к сумме трех фаз. Когда три однофазных-трансформатора используются для формирования трех-фазной группы в трех-фазной системе, мощность каждого одно-трансформатора должна составлять одну-треть от общей трех-мощности (учитывая небольшие различия в способах подключения). Это решение «три однофазных-вместо одного трех-фазного» является более выгодным в определенных ситуациях: например, на подстанциях сверх-высокого напряжения и большой мощности из-за ограничений по габаритам и весу транспортировки один трех-фазный трансформатор невозможно доставить на площадку автомобильным или железнодорожным транспортом, в то время как разделенный на три однофазных трансформатора можно транспортировать и собирать отдельно на площадке. В то же время использование трех однофазных трансформаторов также обеспечивает резервирование N-1. - В случае отказа одного из них можно временно использовать метод подключения «V-V» для продолжения подачи питания на две-трети мощности, гарантируя, что важные нагрузки не будут отключены. Конечно, стоимость и занимаемая площадь трех однофазных-решений обычно выше, чем одного трехфазного трансформатора, поэтому, если нет особых требований к транспортировке или резервированию, обычно предпочтительнее использовать трехфазные трансформаторы.
Что касается экспортной сертификации, однофазные трансформаторы-также соответствуют серии IEC 60076 или соответствующим национальным стандартам. Для рынка Северной Америки однофазные распределительные трансформаторы должны соответствовать стандартам UL 1561 (универсальные трансформаторы сухого- типа) или UL 506 (специальные трансформаторы) и быть сертифицированы лабораторией NRTL. Для рынка ЕС однофазные трансформаторы-должны соответствовать Директиве по низкому напряжению (LVD) и Директиве по электромагнитной совместимости (EMC), а также стандартам, основанным на серии EN 61558 (защитные изолирующие трансформаторы) или EN 60076 (силовые трансформаторы). Кроме того, нельзя игнорировать требования по энергоэффективности: Министерство энергетики США (DOE) установило обязательные ограничения по ну-нагрузке и потерям нагрузки для одно-распределительных трансформаторов (мощностью от 10-833 кВА), а директива ЕС ErP также устанавливает уровни энергоэффективности для трансформаторов малых и средних-размеров. Для однофазных трансформаторов, экспортируемых на Ближний Восток, в Африку, Юго-Восточную Азию и т. д., обычно необходимо предоставить отчеты об испытаниях выключателя или получить сертификаты соответствия от местных инспекционных агентств (таких как SABER, SONCAP, PVoC и т. д.). Персонал, занимающийся внешней торговлей, должен заранее понимать последние стандарты энергоэффективности и процессы сертификации целевой страны при предложении цен, а также включать плату за сертификацию и время в план проекта.
При практическом выборе заказчики часто сталкиваются с дилеммой: в сценариях с однофазным электропитанием следует ли им выбрать однофазный-трансформатор или использовать одну фазу из трех-фазного трансформатора? Ответ зависит от размера нагрузки и конфигурации системы. Если однофазная нагрузка велика (например, превышает 100 кВА), отключение одной фазы от трехфазного трансформатора может привести к серьезному дисбалансу между тремя фазами. В этом случае следует сконфигурировать отдельно одно-трансформатор или использовать три однофазных-трансформатора для формирования сбалансированной системы электропитания. Если однофазная нагрузка невелика и рассредоточена, а сам трех-трансформатор имеет достаточный запас мощности, экономически целесообразно напрямую подавать однофазную мощность от одной фазы трех-трансформатора. Кроме того, необходимо учитывать вопрос о защите заземления, - необходимо ли заземлять вторичную обмотку одно-трансформатора и какой метод заземления использовать, следует определять в соответствии с местными электротехническими нормами.
Таким образом, хотя однофазные трансформаторы уступили место трех-трансформаторам в области передачи большой мощности и-дальних расстояний, они по-прежнему играют незаменимую роль в электрифицированных железных дорогах, распределении электроэнергии в жилых домах, местном энергоснабжении промышленных и горнодобывающих предприятий, а также в различном специализированном оборудовании. Его простота, гибкость и низкая-стоимость делают его лучшим выбором в сценариях с низким уровнем напряжения и низкими требованиями к емкости. Когда ваши клиенты ищут решение по электропитанию для небольшого проекта или отдельной нагрузки, возможно, им будет полезно задуматься: является ли оборудование однофазной-нагрузкой? Находится ли расстояние от источника питания и падение напряжения в допустимых пределах? Есть ли у вас условия для балансировки трех-фазных нагрузок? В процессе ответа на эти вопросы естественным образом выяснится ценность однофазных трансформаторов.
