出力としての電源変圧器: 実際の頻繁な衝突の分析 

この組み合わせは「出力に電源トランス？」です。 — 特に「確実に実現したい」という顧客からの要望は、技術仕様の中で常に出てきます。そして彼らは肝心なことをまったく理解していません。すぐに言っておきますが、電源トランス自体は、制御システムや機器の電源という古典的な意味での出力デバイスではありません。これは、電圧レベルを変換するために設計されたネットワーク要素です。しかし、たとえば強力な電源、テストベンチ、または特定の産業設備に関しては、実際にカスケードの出力に設置することができます。そして、ここでニュアンスが始まります。理論上は見逃されがちですが、実際には無効電力からスイッチング時の電流サージまで、横向きに現れます。

いったいどこでこのようなことが起こっているのでしょうか、そして誤解の根源は何なのでしょうか？

ほとんどの場合、この問題の定式化は、数百アンペア、数千アンペアという大きな負荷電流で低電圧 (たとえば、36 V、100 V) を取得する必要があるプロジェクトで発生します。顧客には、整流器 -> インバータ -> 変圧器 -> 負荷という図が表示されます。そして彼はこの最後のトランスを「出力」と呼んでいます。実際、そうです、それは変換パスの出力にあります。しかし技術的には彼は残る電源トランスそれは、特定の動作モード (周波数、電流形状、力率) の計算、磁化の問題、鋼と銅の損失を考慮する必要性などを含みます。主な間違いは、信号の形状と周波数帯域が重要である低電流機器の出力トランスの類似物と考えることです。ここで重要なのは、エネルギー効率と動的無効電力制御です。

バスバーをテストするプロジェクトのことを覚えています。 50Vで4000Aを供給する必要がありました。お客様は当初「出力トランス」を必要としていました。厳密な電圧安定化を備えています。しかし、このような電力と低い出力電圧では、変圧器自体が大幅な電圧降下と無効成分の発生源になります。システムの重要な要素は変圧器自体ではなく、その前のサイリスタ整流器の制御システムであり、これらのドローダウンを補償することを説明するのに長い時間がかかりました。デバイス自体はオイルベースで、強制冷却が標準装備されていることが選択されました。電源トランスTMG ですが、低電圧と増加した電流密度のために二次巻線が再計算されています。

このような構成では、一時的なプロセスが無視されることがよくあります。アイドル時に変圧器をオンにするのは非常に困難です。励磁電流の突入は、公称値よりも数倍大きくなる可能性があります。もし「出口で？」このようなトランスがあり、その前に半導体コンバーターがあり、この投げによってキーが損傷する可能性があります。ソフトスタート回路やバラスト抵抗を介した順次接続システムの実装が必要です。これは理論ではありません。陽極酸化処理工場の 1 つでは、まさにこの状況により、保護機能が継続的に作動し、ラインのダウンタイムが発生しました。トランスをステップ励磁方式のモデルに置き換えることにしました。

寸法やkVAだけではない選定・計算の特徴

特定のデバイスについて決定を下す場合、カタログの消費電力は始まりにすぎません。問題が大型電解槽の周波数駆動回路にあるとします。インバータの後には降圧トランスがあり、50 Hz の正弦波ネットワーク周波数ではなく、インバータの出力 PWM 周波数、たとえば 100 Hz から 400 Hz で動作します。 50 Hz 用に設計された標準の変圧器は、高周波では鋼材の損失が増加するため、ここで焼損または過熱します。絶縁と磁気回路の専門的な計算が必要です。

ここで、状況を理解している専門メーカーに頼る必要があります。たとえば、同社のような高電圧および低電圧の送電および配電のソリューションでは、温州Qiaonasen電気機器有限公司(彼らのポートフォリオは次の場所で見ることができます)https://www.qnasen.ru)、多くの場合、非標準パラメータ用の変圧器を製造できます。 「1000 kVA 変圧器」を購入するだけでなく、動作周波数範囲、電流形状 (正弦波、方形波、PWM)、負荷の性質 (アーク溶接のように、急激に変化し、短絡が頻繁に起こる) を示す技術仕様を策定することが重要です。

もう一つの実用的なポイントは、巻線の接続方法です。三相出力段にはスタースター回路が必要になることがよくあります。ニュートラルスターかデルタスターでしょうか？位相シフト用。これは寸法と保護回路に影響します。かつて、ガルバニック線をアップグレードするときに、彼らはこれで間違いを犯しました。Dyn11 接続の標準変圧器を使用しましたが、整流器システムには Yy0 が必要でした。外部の補償チョークを追加して現場でやり直す必要がありました。高価で非効率的。

冷却と梱包の問題がライフサイクルを決定します

変圧器が工場内の最終要素として、たとえば圧延工場に設置されている場合、環境は金属粉塵、高温、振動にさらされます。オイル冷却は、漏れや火災の危険性があるため、望ましくない場合があります。乾式変圧器 (DST) を選択しますが、加熱マージンがあります。多くの場合、それらの巻線には、トラッキング耐性を高めるための追加の絶縁が必要です。換気は、空気の流れがほこりで詰まらないように設計する必要があります。フィルターを設置しますが、フィルターを掃除する必要があります。実際には、企業ではこれが無視されることが多く、変圧器が限界値で動作し、リソースが失われます。

興味深い事例は、誘導加熱設備の場合でした。そこでは、出力トランス (本質的にはマッチングトランス) が 1 ～ 10 kHz の周波数で動作していました。問題は磁気コア (フェライト) ではなく、水冷中空バスバーで作られた巻線の冷却にありました。設計者は当初、水の硬度を考慮していませんでした。6 か月後には水路が成長しすぎ、熱出力が低下し、過熱により変圧器が故障しました。蒸留水を使用した閉ループシステムに変換する必要がありました。これは、たとえ適切なタイプのデバイスを選択したとしても、「小さなこと」で的を外す可能性があるという質問に対するものです。手術。

レイアウトも重要です。電源トランス、特に強力なものは、重大な漂遊磁界を生成します。同じスタンドの制御システムの信号ケーブルが近くを通ると、干渉や故障が避けられません。遮蔽するか、遠くに拡散させる必要がありますが、常に可能であるとは限りません。研究機関のあるプロジェクトでは、このような出力トランス用にアルミニウム シートから別のスクリーンを作成し、すべての低電圧配線をスクリーン内でツイスト ペア ケーブルで中継する必要がありました。

保護および制御装置との相互作用

ここでよくある間違いは、変圧器を通常の負荷と同様に標準的な回路ブレーカーやヒューズで保護しようとすることです。しかし、このような変圧器の出力における短絡電流は、特に低出力電圧では、数十キロアンペアと膨大になる可能性があります。機械の電源を切る時間がなく、タイヤが溶けてしまう可能性があります。速断型の半導体ヒューズまたは電流制限機能を備えた特殊なスイッチが必要です。それらのパラメータは、変圧器の時間電流特性と一致している必要があります。

もう 1 つのニュアンスは過負荷保護です。この動作モードの変圧器の場合、負荷は大きく変動する可能性があります。二次巻線の定格電流に従って構成されたサーマルリレーは、たとえばその前にあるサイリスタ整流器によって生成される高調波による段階的な過熱を防ぐことができない場合があります。サーミスタを巻線 (PTC システム) に直接取り付けるか、磁気回路に熱保護を取り付けることをお勧めします。このような場合、多くの場合、製造段階で最も高温になる場所に温度センサーを直接配置し、そこからの信号が一般的な設置制御システムに送信されます。

コントロールあり出力としての電源トランスそれもそれほど単純ではありません。これが安定化電源システムの一部である場合、電圧センサーは変圧器の二次巻線の出力ではなく、負荷に直接設置する必要があります。電流が変化すると巻線のアクティブ抵抗での電圧降下により、フィードバックが正しく機能しなくなります。コントローラー アルゴリズムでこの低下を補正するか、4 線式接続図を使用する必要があります。実際には、後者の方が信頼性は高くなりますが、追加の接続線が必要になります。

経済性と信頼性: それだけの価値はありますか?

出力リンクとして古典的な電源トランスが使用されるのは、多くの場合、信頼性とコストを考慮したためです。最新の IGBT 半導体コンバータは、低電圧を大電流で直接供給することができますが、非常に高価であり、冷却が困難です。 「インバータ＋」のペア出力としての電源トランス」の方が安くて修理可能であることが判明しました。変圧器は数十年間使用できますが、電源モジュールは過酷な使用環境下では数年ごとに交換する必要があります。

ただし、これは両刃の剣です。変圧器を追加すると、システム全体の効率が 1 ～ 3% 低下します。これは、メガワット単位の電力で、大幅な損失と電気代を意味します。場合によっては、ライフ サイクルを計算した後、顧客は全半導体ソリューションに一度投資した方が良いという結論に達することがあります。ただし、1 回限りの設置、またはめったに起動されない設置 (テストベンチなど) の場合、信頼性の観点からはトランス出力が唯一のオプションです。

結論として、「出力としての電源トランス」というフレーズは重要だと言えます。 - 技術的なナンセンスではなく、非常に現実的な実際的な問題です。ただし、その実装にはテンプレート アプローチは必要ありませんが、電気工学、動作条件、プロジェクトの経済性についての深い理解が必要です。成功の鍵は細部にあります。理想的な荷重ではなく実際の荷重を考慮したパラメータの正しい計算と、これらのニュアンスを金属に変換できるメーカーの正しい選択です。たとえば、前述の電力機器向けソリューションのように、特定のプロジェクトに対して、最も近い標準サイズを倉庫から出荷するだけでなく、非標準設計を提供することもできます。