Dnes, s hlbokou integráciou technológie výkonovej elektroniky do priemyselnej výroby, zohráva čoraz dôležitejšiu úlohu špeciálny transformátor, ktorý sa líši od konvenčných distribučných zariadení.usmerňovací transformátor. Úlohou bežného výkonového transformátora je premieňať jedno striedavé napätie na druhé, zatiaľ čo poslanie usmerňovacieho transformátora je ešte špeciálnejšie - je to vyhradený výkonový transformátor pre usmerňovacie zariadenie, ktorý premieňa napätie striedavej elektrickej siete na striedavé napätie požadované usmerňovacím zariadením a prostredníctvom transformácie čísla fázy a fázového uhla nakoniec dodáva jednosmernú elektrickú energiu cez komponenty usmerňovača. Prevažná väčšina jednosmerných zdrojov energie používaných v priemysle je napájaná striedavými sieťami cez usmerňovacie transformátory a usmerňovacie zariadenia. Aké sú teda zásadné rozdiely medzi usmerňovacími transformátormi abežné výkonové transformátory? Ako vyniká svojou základnou technológiou „multipulzného fázového{0}}posunutia“ vo vysokovýkonných{1}}aplikáciách, ako je elektrolýza, trakcia, prenos a dokonca aj vysokonapäťový{2}}prenos jednosmerného prúdu?
Vychádzajúc zo základnej definície, usmerňovacie transformátory slúžia usmerňovacím systémom. Ich vstupné svorky sú napojené na sieť striedavého prúdu a po internej transformácii napätia a usporiadaní fáz vydávajú niekoľko sád striedavého prúdu so špecifickými fázami. Potom získajú hladký jednosmerný výstup prostredníctvom komponentov usmerňovača, ako sú tyristory alebo usmerňovacie diódy. Tento pracovný proces určuje, že usmerňovacie transformátory majú úplne iné zameranie v dizajne ako výkonové transformátory. Výstup usmerňovacieho transformátora nie je jedna sínusová vlna, ale vyžaduje, aby sa do usmerňovacieho mostíka privádzali viaceré sady striedavých napätí s fázovými posunmi o určitý uhol -, napríklad v 12-impulzovom systéme usmerňovača sa výstup dvoch trojfázových vinutí na strane ventilu líši o 30 stupňov elektrického uhla; V 24 pulznom systéme sú cievky na strane mriežky dvoch transformátorov posunuté o kladných a záporných 7,5 stupňa, čo má za následok 15 stupňový fázový rozdiel na výstupe na strane ventilu. Táto "fázovo posunutá multipulzná" technológia je hlavnou vlastnosťou, ktorá odlišuje usmerňovacie transformátory od bežných transformátorov.
Kľúčom k pochopeniu usmerňovacích transformátorov je pochopenie vlastnej logiky medzi počtom impulzov a technológiou fázového posunu. Tak-takzvané číslo impulzu sa týka počtu výstupov usmerňovača jednosmerných pulzácií v rámci jedného cyklu frekvencie napájania. Hoci bežné šesťpulzné usmerňovacie systémy môžu dosiahnuť AC-jednosmernú konverziu, budú generovať harmonické prúdy s frekvenciami, ktoré sú násobkami základnej vlny v - charakteristických harmonických rádoch 6K ± 1 (tj . 5-tá, 7., 11., 13. atď.), čo spôsobuje značné znečistenie elektrickej siete. Aby sa potlačili harmonické a zlepšila sa kvalita energie na strane siete, priemysel vo všeobecnosti prijíma myšlienku „multipulzov“, čo je usporiadanie viacerých sád sekundárnych vinutí s rôznymi fázami v usmerňovacom transformátore tak, aby sa ich násobky impulzov zdvojnásobili. Ak vezmeme ako príklad 12-impulzové usmernenie, navrhnutím sekundárneho vinutia ako dvoch trojfázových vinutí, zapojených do hviezdy a do rohu, s rozdielom výstupných fáz presne 30 stupňov, možno po usmernení eliminovať 5. a 7. charakteristickú harmonickú. Ďalšie zvýšenie počtu impulzov na 24 impulzov môže účinne potlačiť 11. a 13. harmonickú. Vo vysokovýkonných aplikáciách, ako je elektrochemická elektrolýza hliníka, môže prostredníctvom zložitejších konštrukcií vinutia s fázovým{26}posuvom dosiahnuť počet impulzov až 60 impulzov, čo umožňuje napájaciemu systému pri menovitej záťaži pracovať s extrémne vysokou plynulosťou a nízkym obsahom harmonických. Dá sa povedať, že čím vyššie je číslo impulzu usmerňovacieho transformátora, tým lepší je výkon vyhladzovania jednosmerného výstupu a tým menšie znečistenie spôsobuje rozvodnú sieť. Zložitosť zodpovedajúcej štruktúry vinutia transformátora a spracovania fázového posunu sa však tiež zvyšuje exponenciálne.
Na úrovni konštrukčného návrhu majú usmerňovacie transformátory zvyčajne dva hlavné systémy vinutia: stranu mriežky a stranu ventilu. Vinutie na strane siete je pripojené k sieti striedavého prúdu a podľa požiadaviek na fázový posun je možné použiť rôzne spôsoby zapojenia, ako napríklad trojuholník Yanbian; Strana ventilu je sekundárne vinutie, ktoré dodáva energiu do usmerňovacieho zariadenia, navrhnuté do viacerých sád výstupov podľa požiadaviek na impulzy systému. Pre produkty s 12 alebo viacerými impulzmi sa bežne používa axiálna dvojitá delená štruktúra vinutia - vinutie na strane ventilu je usporiadané v dvoch alebo viacerých nezávislých skupinách cievok pozdĺž axiálneho smeru železného jadra, čo zodpovedá rôznym skupinám pripojenia. Táto konštrukcia nielenže zaisťuje presný fázový vzťah medzi vinutiami na každej strane ventilu, ale tiež udržuje skratovú- impedanciu každého vinutia na strane siete čo najkonzistentnejšiu počas procesu komutácie, čím sa vyrovnáva distribúcia prúdu medzi rôznymi ramenami mostíka usmerňovača. Pokiaľ ide o materiály a procesy, vinutia usmerňovacích transformátorov sú zvyčajne vyrobené z medených drôtov alebo medených fólií, cievky s malou kapacitou majú vrstvenú štruktúru, cievky s veľkou kapacitou majú štruktúru koláča, aby sa zabezpečila dostatočná ventilácia a odvod tepla, a železné jadro je vyrobené z plechov z kremíkovej ocele s vysokou priepustnosťou naskladaných dohromady. Po sérii procesov, ako je predsušenie, vákuové nanášanie a vytvrdzovanie za tepla, cievka a železné jadro tvoria stabilnú celkovú štruktúru, ktorá výrazne znižuje prevádzkový hluk a umožňuje zariadeniu dobrú toleranciu v podmienkach krátkodobého- preťaženia. V závislosti od úrovne výkonu a prevádzkových podmienok môžu byť usmerňovacie transformátory vyrobené buď v olejovom ponore, alebo v suchom -typu -, pričom prvý má silné schopnosti odvádzať teplo a je vhodný na dlhodobú-nepretržitú prevádzku vo vysokonapäťových a veľkokapacitných priemyselných zariadeniach; Ten bol široko používaný na miestach s prísnymi požiadavkami na požiarnu bezpečnosť, ako sú podzemné priestory v mestskej železničnej doprave, a to vďaka jeho výhodám, ktoré -neobsahujú olej a spomaľujú horenie{14}}.
Skúmaním hodnoty usmerňovacích transformátorov z pohľadu harmonického potlačenia môžeme lepšie pochopiť ich nenahraditeľnosť. Zaťaženia usmerňovačov používané v elektrochemickom priemysle sú často obrovské a nimi generované harmonické prúdy, keď sú vstrekované do elektrickej siete, môžu spôsobiť skreslenie priebehu systémového napätia, zníženie kvality napájania a v závažných prípadoch dokonca ohroziť bezpečnú prevádzku zariadení na výrobu a spotrebu energie. Preto sa v priemysle živo označujú ako „znečistenie energie“. Usmerňovací transformátor znižuje toto znečistenie zmenou distribúcie harmonického spektra na zdroji -, používa konfiguráciu fázového posunu medzi viacerými vinutiami, aby rušil charakteristické harmonické nízkeho rádu vo vnútri transformátora, čím sa výrazne znižuje obsah vyšších- harmonických injektovaných do rozvodnej siete a zlepšuje účinník celého systému. Okrem toho väčšia skratová-impedancia v konštrukcii obmedzuje vplyv skratového{7}}prúdu, zatiaľ čo efekt elektrickej izolácie transformátora izoluje usmerňovacie zariadenie od siete, čím sa znižuje vplyv elektromagnetického rušenia na iné paralelne fungujúce zariadenia.
V priemyselných aplikáciách pokrýva pokrytie usmerňovacích transformátorov takmer všetky oblasti, ktoré vyžadujú vysoký{0}}výkon jednosmerného napájania. Elektrochemický priemysel je najpoužívanejším odvetvím pre usmerňovacie transformátory. Či už ide o redukciu oxidu hlinitého na kovový hliník pri elektrolytickej výrobe hliníka, elektrolýzu soli na výrobu chlóru a hydroxidu sodného alebo elektrolýzu vody na výrobu vodíka a kyslíka, všetky sa spoliehajú na ultra-vysoký prúd jednosmerného prúdu usmerňovacích transformátorov. Dopyt po prúde v procese tavenia hliníka je obzvlášť ohromujúci -, ak vezmeme ako príklad 173 MVA ultraveľkokapacitný tyristorový elektrolytický hliníkový usmerňovací transformátor, jeho usmernený prúd dosahuje 2 × 48 kA a jednosmerné napätie je až 1 450 voltov. V oblasti železničnej dopravy používajú trakčné napájacie systémy mestských podchodov, ľahkých koľajníc a električiek vo všeobecnosti napájanie 750 V alebo 1500 V jednosmerným prúdom. Usmerňovací transformátor znižuje striedavé napätie 35 kV alebo 10 kV a dodáva ho do usmerňovacieho zariadenia, čím poskytuje spoľahlivú jednosmernú hnaciu energiu pre trakčný motor vlaku. V oblasti priemyselných prenosov poskytujú usmerňovacie transformátory ovládateľný jednosmerný vstup pre frekvenčné meniče vo veľkých oceľových valcovniach, banských výťahoch a lodných pohonných systémoch, čím sa dosahuje presné nastavenie otáčok jednosmerného motora. Prenos vysokonapäťového jednosmerného prúdu je ďalším špičkovým{18}aplikačným scenárom usmerňovacích transformátorov - v konvertorových staniciach, pričom konvertorové transformátory vykonávajú úlohu konverzie medzi striedavým prúdom a jednosmerným prúdom. Ich napäťová úroveň môže dosiahnuť ± 800 kV alebo aj viac a ich kapacita presahuje gigavoltové ampéry, čo kladie mimoriadne náročné technické požiadavky na koordináciu izolácie a chladiace systémy. Okrem toho rôzne scenáre ako galvanické pokovovanie a elektrické spracovanie, budenie generátora, nabíjanie elektromobilu a elektrostatický odlučovač sa spoliehajú aj na podporu usmerňovacích transformátorov, o ktorých možno povedať, že hrajú nezastupiteľnú základnú úlohu v systéme jednosmerného napájania moderného priemyslu.
Pokiaľ ide o výber exportu a medzinárodnú certifikáciu, štandardný systém a testovacie položky pre usmerňovacie transformátory sa líšia od bežných výkonových transformátorov. Pre priemyselné aplikácie usmerňovania sú medzinárodne uznávanými základnými usmerneniami normy série IEC 61378, pričom časť 1 sa vzťahuje na priemyselné konvertorové transformátory a časť 2 sa špecificky zameriava na vysokonapäťové konvertorové transformátory jednosmerného prúdu. Na severoamerickom trhu norma ANSI/IEEE C57.18.10 nahradila sériu IEC ako povinné technické usmernenie. Táto norma je špeciálne navrhnutá pre polovodičové výkonové usmerňovacie transformátory a je použiteľná pre špecializované záťažové produkty s jednofázovým menovitým výkonom 100 kW a vyšším a trojfázovým menovitým výkonom 100 kW a vyšším. Zahŕňa rôzne aplikačné scenáre, ako sú usmerňovače, invertory, oblúkové pece a pohonné zariadenia s reguláciou otáčok, a je dôležitým základom pre hodnotenie a prijatie elektrickej bezpečnosti na trhy v USA a Kanade. Skúsené tímy zahraničného obchodu by mali pri propagácii usmerňovacích transformátorov zákazníkom v Severnej Amerike vopred pripraviť úplný súbor správ o teste typu IEEE C57.18.10. Mať k dispozícii iba univerzálnu správu o skúške IEC je však často ťažké splniť povinné požiadavky miestnych regulačných orgánov. Ak sú pre trh EÚ usmerňovacie transformátory klasifikované ako nízkonapäťové elektrické zariadenia, musia byť vybavené dokumentmi o zhode so smernicou o nízkom napätí a smernicou o elektromagnetickej kompatibilite pod značkou CE a integrita a presvedčivosť vydanej správy o sebahodnotení musí byť podporená testovaním jednotlivých položiek špecifických noriem IEC pre usmerňovač. Vyhradené usmerňovacie transformátory železničnej trakcie musia spĺňať aj dodatočné ustanovenia normy IEC 60310, aby sa zabezpečilo, že sa dokážu prispôsobiť častým cyklom štart-stop a veľkým{21}}kolísaniam zaťaženia v skutočných prostrediach cestnej siete.
Na pozadí modernizácie globálnej energetickej infraštruktúry sa vyhliadky na trhu pre usmerňovacie transformátory naďalej rozširujú. Dopyt po špeciálnych transformátoroch, ktorý je poháňaný viacerými faktormi rastu, ako je integrácia novej energetickej siete, investície do zariadení pre elektrické vozidlá a zrýchlená železničná doprava, postupne prevyšuje podiel tradičných distribučných zariadení a usmerňovacie transformátory sú hlavným článkom tohto technologického procesu. Keď sa vás zákazníci opýtajú: „Aký druh rektifikačného systému skutočne potrebujem?“, možno ich to môže nasmerovať k tomu, aby premýšľali vpred v tomto smere: aký rád má jednosmerný prúd a napätie požadované koncovou záťažou? Aký je tlak pre systém, aby spĺňal limit harmonických a normy účinníka? Je potrebné mať viacero usmerňovacích transformátorov bežiacich paralelne v usmerňovacej sieti na zdieľanie kapacity alebo generovanie vyšších počtov impulzov? Keď sú všetky tieto podmienky jasne definované, architektúra jednosmerného napájania sústredená okolo viacimpulzového usmerňovacieho transformátora s fázovým{2}}posúvaním je často najspoľahlivejším a najspoľahlivejším riešením, ktoré dokáže vyvážiť viacnásobné vyhladzovanie impulzov a koordinované potláčanie harmonických -, to je tiež priemyselná misia usmerňovacích transformátorov.
