Метод выпрямления с использованием масляного трансформатора

1. Основная роль выпрямительных цепей в масляных трансформаторах

1. Масляный трансформатор понижает переменный ток высокого напряжения (например, 10 кВ) до переменного тока низкого напряжения (например, 220 В/380 В), пригодного для выпрямления.
2. Выпрямительная схема (оснащенная диодами или тиристорами) преобразует переменный ток низкого напряжения в постоянный.
3. Фильтрующая схема (например, конденсаторные батареи) снижает пульсации постоянного тока, обеспечивая стабильный выход для нагрузки.

2. Три распространенных типа схем выпрямителей: характеристики и применение CHH Power

(1) Схема однополупериодного выпрямителя

• Принцип работы: использует один выпрямительный элемент (например, диод) для проведения тока только во время положительного полупериода переменного тока, преобразуя переменный ток в пульсирующий постоянный ток.
• Преимущества:
  • Чрезвычайно простая структура схемы, требующая только одного выпрямительного элемента и минимального количества вспомогательных компонентов.
  • Низкие первоначальные затраты и простота обслуживания.
• Недостатки:
  • Низкое выходное постоянное напряжение (среднее значение ≈ 0.45×входное переменное напряжение) и большая пульсация (нестабильная форма постоянного тока), требующие дополнительных фильтрующих компонентов.
  • Постоянный ток протекает через вторичную обмотку трансформатора, вызывая постоянное намагничивание железного сердечника — это увеличивает номинальную мощность трансформатора по отношению к фактической выходной мощности постоянного тока (низкая энергоэффективность).
• Область применения CHH Power: Редко используется в основных промышленных продуктах из-за низкой эффективности. Применяется только в маломощных, некритичных системах (например, в небольших вспомогательных источниках постоянного тока для систем мониторинга трансформаторов), где стоимость имеет первостепенное значение.

(2) Схема двухполупериодного выпрямителя

• Принцип работы: Использует два выпрямительных элемента и вторичную обмотку трансформатора с отводом от средней точки. Ток проходит через один диод во время положительного полупериода и через другой — во время отрицательного полупериода, создавая непрерывный пульсирующий постоянный ток.
• Преимущества:
  • Меньший коэффициент пульсаций, чем при однополупериодном выпрямлении (более плавный выход постоянного тока), что снижает требования к фильтру.
  • Меньшее отношение полной мощности трансформатора к постоянному току (более эффективно, чем однополупериодный), а намагничивание железного сердечника постоянным током практически несущественно (что позволяет избежать увеличения потерь в сердечнике).
• Недостатки:
  • Вторичная обмотка трансформатора требует наличия центрального отвода, что увеличивает сложность намотки и стоимость производства.
  • Коэффициент использования трансформатора ниже, чем у мостового выпрямителя (в каждом полупериоде активна только половина обмотки).
• Область применения CHH Power: используется в системах постоянного тока средней мощности (например, промышленные источники постоянного тока мощностью 50–200 кВт), где требования к пульсациям умеренные. CHH Power оптимизирует конструкцию вторичной обмотки трансформатора (например, используя симметричную намотку) для минимизации потерь эффективности, связанных с отводами.

(3) Схема мостового выпрямителя (наиболее широко используемая)

• Принцип работы: Использует четыре выпрямительных элемента, расположенных по мостовой схеме. Во время положительных и отрицательных полупериодов переменного тока два диода попеременно проводят ток, преобразуя переменный ток в постоянный без центрального отвода трансформатора.
• Преимущества (основные причины широкого внедрения CHH Power):
  • Простая конструкция трансформатора: Не требуется отвод от средней точки вторичной обмотки, что упрощает производство и повышает коэффициент использования трансформатора (до 95 %, что выше, чем при двухполупериодном выпрямлении).
  • Снижение обратного напряжения на выпрямителях: Максимальное обратное напряжение, выдерживаемое каждым диодом, составляет половину от двухполупериодного выпрямления (≈ 0.707×пиковое напряжение входного переменного тока), что продлевает срок службы выпрямителя.
  • Нет постоянного намагничиванияСимметричный поток тока устраняет намагничивание постоянным током. сердечник трансформатораэто снижает потери в железе и обеспечивает стабильную работу трансформатора.
  • Низкая пульсация и высокая эффективность: Коэффициент пульсаций значительно ниже, чем при однополупериодном и двухполупериодном выпрямлении, а отношение мощности ВА к постоянному току сведено к минимуму (самая высокая энергоэффективность среди трех типов).
• Недостатки:
  • Требуется больше выпрямительных элементов (четыре против одного/двух), что немного увеличивает первоначальную стоимость компонентов.
• Область применения CHH Power: Стандартная конфигурация для большинства масляных выпрямительных трансформаторов (например, промышленные гальванические системы мощностью от 100 кВт до 1 МВт, вспомогательные источники питания для высоковольтных линий передачи постоянного тока). Компания CHH Power интегрирует высоконадежные кремниевые выпрямительные мосты (с защитой от перенапряжения) во вспомогательный шкаф трансформатора, обеспечивая безупречное согласование и сокращая объем монтажных работ на месте.

3. Оптимизация CHH Power для систем выпрямления и трансформатора

1. Индивидуальный дизайн трансформатора: Регулирует вторичное напряжение и сопротивление обмотки трансформатора в зависимости от типа выпрямителя и требований к нагрузке (например, более низкое сопротивление для мостового выпрямления для уменьшения падения напряжения).
2. Высококачественные компоненты выпрямителя: Использует промышленные выпрямительные диоды/тиристоры (с термостойкостью до 150 °C), которые соответствуют диапазону рабочих температур масляного трансформатора, что позволяет избежать преждевременного выхода из строя.
3. Интегрированный фильтр и защита: Добавляет в шкаф выпрямителя встроенные батареи конденсаторных фильтров и модули защиты от перегрузки по току/напряжению, что снижает пульсации до ≤5% и обеспечивает безопасную работу при колебаниях нагрузки.