Danas, s dubokom integracijom tehnologije energetske elektronike u industrijsku proizvodnju, poseban transformator koji se razlikuje od konvencionalne distribucijske opreme igra sve važniju ulogu, a to jeispravljački transformator. Zadaća običnog energetskog transformatora je pretvaranje jednog izmjeničnog napona u drugi, dok je misija ispravljačkog transformatora još posebnija - to je namjenski energetski transformator za ispravljačku opremu, koji pretvara napon izmjenične električne mreže u izmjenični napon potreban ispravljačkom uređaju, te kroz transformaciju faznog broja i faznog kuta, konačno daje istosmjernu električnu energiju kroz komponente ispravljača. Velika većina izvora istosmjerne struje koji se koriste u industriji napaja se iz mreže izmjenične struje putem ispravljačkih transformatora i ispravljačke opreme. Dakle, koje su bitne razlike između ispravljačkih transformatora iobični energetski transformatori? Po čemu se ističe sa svojom temeljnom tehnologijom "faznog-pomaka više impulsa" u-primjenama velike snage kao što su elektroliza, trakcija, prijenos, pa čak i visoko{2}}naponski prijenos istosmjernom strujom?
Polazeći od osnovne definicije, ispravljački transformatori služe ispravljačkim sustavima. Njihovi ulazni terminali spojeni su na mrežu izmjenične struje, a nakon interne transformacije napona i rasporeda faza, izlaze višestruki skupovi izmjenične struje s određenim fazama. Zatim dobivaju glatki istosmjerni izlaz kroz komponente ispravljača kao što su tiristori ili ispravljačke diode. Ovaj proces rada određuje da ispravljački transformatori imaju potpuno drugačiji fokus u dizajnu od energetskih transformatora. Izlaz ispravljačkog transformatora nije jedan sinusni val, već zahtijeva više skupova izmjeničnih napona s faznim pomacima određenog kuta koji se dovode do ispravljačkog mosta - na primjer, u sustavu ispravljača s 12 impulsa, izlaz dva tro-fazna namota na strani ventila razlikuje se za električni kut od 30 stupnjeva; U sustavu s 24 impulsa, zavojnice na strani mreže dvaju transformatora pomaknute su za pozitivnih i negativnih 7,5 stupnjeva, što rezultira faznom razlikom od 15 stupnjeva u izlazu na strani ventila. Ova "fazno pomaknuta višepulsna" tehnologija je temeljna značajka koja razlikuje ispravljačke transformatore od običnih transformatora.
Ključ za razumijevanje ispravljačkih transformatora je razumijevanje inherentne logike između broja impulsa i tehnologije pomaka faze. Takozvani -broj impulsa odnosi se na broj puta kada ispravljač emitira pulsiranje istosmjerne struje unutar jednog ciklusa frekvencije snage. Iako obični sustavi za ispravljanje šest impulsa mogu postići AC-DC pretvorbu, oni će generirati harmonijske struje s frekvencijama koje su višestruke od osnovnog vala u električnoj mreži - karakterističnih harmonijskih redova od 6K ± 1 (tj. . 5th, 7th, 11th, 13th, itd.), uzrokujući značajno zagađenje električne mreže. Kako bi se potisnuli harmonici i poboljšala kvaliteta električne energije na strani mreže, industrija općenito prihvaća ideju "višestrukog pulsa", što je raspored višestrukih setova sekundarnih namota s različitim fazama u transformatoru ispravljača, tako da se njihovi višestruki impulsi udvostruče. Uzimajući 12-impulsno ispravljanje kao primjer, projektiranjem sekundarnog namota kao dva tro-fazna namota, spojena u zvijezdu i spojena u kutu, s izlaznom faznom razlikom od točno 30 stupnjeva, 5. i 7. karakteristični harmonik mogu se eliminirati nakon ispravljanja. Daljnje povećanje broja impulsa na 24 impulsa može učinkovito potisnuti 11. i 13. harmonik. U-primjenama velike snage kao što je elektrokemijska elektroliza aluminija, kroz složenije dizajne namota-pomaka faze, broj impulsa sustava može doseći čak 60 impulsa, omogućujući elektroenergetskom sustavu da radi s izuzetno visokom glatkoćom i niskim sadržajem harmonika pod nazivnim opterećenjem. Može se reći da što je veći broj impulsa ispravljačkog transformatora, to je bolja izvedba izglađivanja istosmjernog izlaza i manje onečišćenja uzrokuje električnu mrežu. Međutim, složenost odgovarajuće strukture namota transformatora i obrade faznog pomaka također raste eksponencijalno.
Na strukturnoj razini dizajna, ispravljački transformatori obično imaju dva glavna sustava namota: stranu mreže i stranu ventila. Namotaj na strani mreže povezan je s mrežom izmjenične struje, a različite metode ožičenja kao što je Yanbian trokut mogu se koristiti u skladu sa zahtjevima faznog pomaka; Strana ventila je sekundarni namot koji napaja ispravljački uređaj, dizajniran u više skupova izlaza u skladu sa zahtjevima impulsa sustava. Za proizvode s 12 ili više broja impulsa obično se koristi aksijalna dvostruka podijeljena struktura namota - namot na strani ventila raspoređen je u dvije ili više neovisnih skupina zavojnica duž aksijalnog smjera željezne jezgre, što odgovara različitim spojnim skupinama. Ovaj dizajn ne samo da osigurava točan fazni odnos između namota na svakoj strani ventila, već također održava impedanciju kratkog-spoja svakog namota na strani mreže što je moguće dosljednijom tijekom procesa komutacije, čime se uravnotežuje distribucija struje između različitih krakova ispravljačkog mosta. Što se tiče materijala i procesa, namoti ispravljačkih transformatora obično su izrađeni od bakrenih žica ili bakrenih folija, zavojnice malog kapaciteta imaju slojevitu strukturu, zavojnice velikog kapaciteta imaju strukturu kolača kako bi se osigurala dovoljna ventilacija i odvođenje topline, a željezna jezgra izrađena je od limova od silikonskog čelika visoke propusnosti složenih zajedno. Nakon niza procesa kao što su prethodno sušenje, vakuumsko premazivanje i vruće stvrdnjavanje, zavojnica i željezna jezgra čine stabilnu ukupnu strukturu, značajno smanjujući radnu buku i omogućujući opremi dobru toleranciju pod kratkotrajnim-uvjetima preopterećenja. Ovisno o razini snage i radnim uvjetima, ispravljački transformatori mogu biti uronjeni u ulje ili suhi-tip - prvi ima snažnu sposobnost rasipanja topline i prikladan je za dugotrajni-neprekidni rad u visokonaponskim i industrijskim objektima velikog kapaciteta; Potonji se široko koristi na mjestima sa strogim zahtjevima za sigurnost od požara, kao što su podzemni prostori u gradskom željezničkom prijevozu, zbog svojih prednosti-bez ulja i-sporenja plamena.
Ispitivanjem vrijednosti ispravljačkih transformatora iz perspektive potiskivanja harmonika, možemo bolje razumjeti njihovu nezamjenjivost. Opterećenja ispravljača koja se koriste u elektrokemijskoj industriji često su golemih dimenzija, a harmoničke struje koje stvaraju, kada se ubace u električnu mrežu, mogu uzrokovati izobličenje valnog oblika napona sustava, smanjenje kvalitete napajanja, pa čak i ugroziti siguran rad opreme za proizvodnju i potrošnju električne energije u teškim slučajevima. Stoga ih industrija slikovito naziva "onečišćenjem energije". Ispravljački transformator smanjuje ovo zagađenje promjenom distribucije spektra harmonika na izvoru - on koristi konfiguraciju faznog pomaka između više namota kako bi poništio karakteristične harmonike niskog reda unutar transformatora, uvelike smanjujući sadržaj harmonika visokog-reda ubrizganih u električnu mrežu i poboljšavajući faktor snage cijelog sustava. Osim toga, veća impedancija kratkog-spoja u dizajnu ograničava utjecaj struje kratkog-spoja, dok učinak električne izolacije transformatora izolira opremu za ispravljanje od mreže, smanjujući utjecaj elektromagnetskih smetnji na drugu paralelnu radnu opremu.
U industrijskim primjenama, pokrivenost ispravljačkih transformatora gotovo pokriva sva područja koja zahtijevaju visoko{0}}napajanje istosmjernim napajanjem. Elektrokemijska industrija je industrija koja se najviše koristi za ispravljačke transformatore. Bilo da se radi o redukciji aluminijevog oksida u metalni aluminij u elektrolitičkoj proizvodnji aluminija, elektrolizi soli za proizvodnju klora i kaustične sode ili elektrolizi vode za proizvodnju vodika i kisika, svi se oslanjaju na ultra-istosmjernu izlaznu snagu ispravljačkih transformatora. Potražnja za strujom u procesu taljenja aluminija posebno je zapanjujuća - uzimajući kao primjer tiristorski elektrolitski aluminijski ispravljački transformator ultra velikog kapaciteta od 173 MVA, njegova ispravljena struja doseže 2 × 48 kA, a istosmjerni napon je čak 1450 volti. U području željezničkog prometa, vučni sustavi napajanja gradske podzemne željeznice, lakih tračnica i tramvaja općenito koriste 750 volti ili 1500 volti istosmjernog napajanja. Ispravljački transformator snižava izmjenični napon od 35 kV ili 10 kV i napaja ga ispravljačkom uređaju, osiguravajući pouzdanu istosmjernu pogonsku energiju za vučni motor vlaka. U području industrijskog prijenosa, ispravljački transformatori daju kontrolirani istosmjerni ulaz za frekvencijske pretvarače u velikim valjaonicama čelika, rudničkim dizalicama i brodskim pogonskim sustavima, čime se postiže precizna prilagodba brzine istosmjernog motora. Prijenos istosmjerne struje visokog napona još je-scenarij visoke primjene ispravljačkih transformatora - u pretvaračkim stanicama, pretvarački transformatori preuzimaju zadatak pretvorbe između izmjenične i istosmjerne struje. Njihova naponska razina može doseći ± 800 kV ili čak i više, a njihov kapacitet premašuje gigavolt ampere, što postavlja izuzetno zahtjevne tehničke zahtjeve na sustave koordinacije izolacije i hlađenja. Osim toga, različiti scenariji kao što su galvanizacija i električna obrada, pobuda generatora, punjenje električnih vozila i elektrostatički filter također se oslanjaju na podršku ispravljačkih transformatora, za koje se može reći da igraju nezamjenjivu osnovnu ulogu u sustavu istosmjernog napajanja moderne industrije.
Što se tiče odabira za izvoz i međunarodne certifikacije, standardni sustav i predmeti ispitivanja za ispravljačke transformatore razlikuju se od onih za obične energetske transformatore. Za industrijske primjene ispravljanja, standardi serije IEC 61378 međunarodno su priznate osnovne smjernice, pri čemu 1. dio pokriva industrijske pretvaračke transformatore, a 2. dio posebno cilja visoko-naponske pretvaračke prijenosne transformatore istosmjerne struje. Na sjevernoameričkom tržištu standard ANSI/IEEE C57.18.10 zamijenio je IEC seriju kao obvezna tehnička smjernica. Ova je norma posebno dizajnirana za transformatore poluvodičkog energetskog ispravljača i primjenjiva je na specijalizirane proizvode za opterećenje s jedno-faznom nazivnom snagom od 100 kW i više i-trofaznom nazivnom snagom od 100 kW i više. Pokriva različite scenarije primjene kao što su ispravljači, pretvarači, elektrolučne peći i pogonski uređaji za kontrolu brzine te je važna osnova za pregled električne sigurnosti i ulazak na tržištima SAD-a i Kanade. Iskusni timovi za vanjsku trgovinu trebali bi unaprijed pripremiti cijeli niz izvješća o ispitivanju tipa IEEE C57.18.10 kada promoviraju ispravljačke transformatore sjevernoameričkim kupcima. Međutim, posjedovanje samo univerzalnog IEC izvješća o ispitivanju često je teško ispuniti obvezne zahtjeve lokalnih regulatornih tijela. Za tržište EU-a, ako su ispravljački transformatori klasificirani kao nisko{17}}naponska električna oprema, oni moraju biti opremljeni dokumentima o sukladnosti za Direktivu o niskom naponu i Direktivu o elektromagnetskoj kompatibilnosti pod oznakom CE, a integritet i uvjerljivost izdanog izvješća o samo-ocjenjivanju moraju biti potkrijepljeni ispitivanjem pojedinih stavki IEC standarda za ispravljače. Ispravljački transformatori namjenski za željezničku vuču također moraju biti u skladu s dodatnim odredbama IEC 60310 kako bi se osiguralo da se mogu prilagoditi čestim ciklusima pokretanja i zaustavljanja i velikim-kolebanjima opterećenja u stvarnim okruženjima cestovne mreže.
U kontekstu nadogradnje globalne energetske infrastrukture, tržišni izgledi za ispravljačke transformatore nastavljaju se širiti. Potaknuta višestrukim pokretačima rasta kao što su nova integracija energetske mreže, ulaganje u postrojenja za električna vozila i ubrzani željeznički tranzit, potražnja za posebnim transformatorima postupno premašuje udio tradicionalne distribucijske opreme, a ispravljački transformatori su ključna karika u ovom tehnološkom procesu. Kad vas klijenti pitaju: 'Kakav mi sustav ispravljanja stvarno treba?', možda ih to može navesti da razmišljaju unaprijed u sljedećem smjeru: kojeg reda veličine su istosmjerni napon i struja potrebni za pozadinsko opterećenje? Koliki je pritisak za sustav da zadovolji harmonijske granice i standarde faktora snage? Je li potrebno imati više ispravljačkih transformatora koji rade paralelno u ispravljačkoj mreži za dijeljenje kapaciteta ili stvaranje većeg broja impulsa? Kada su svi ovi uvjeti jasno definirani, arhitektura istosmjernog napajanja usmjerena oko višefaznog pomaka impulsa-ispravljačkog transformatora često je najpouzdanije i najpouzdanije rješenje koje može uravnotežiti višestruko izglađivanje impulsa i koordinirano potiskivanje harmonika - ovo je također industrijska misija ispravljačkih transformatora.
