Danes, z globoko integracijo tehnologije močnostne elektronike v industrijsko proizvodnjo, igra poseben transformator, ki se razlikuje od običajne distribucijske opreme, vse pomembnejšo vlogo, kar jeusmerniški transformator. Naloga običajnega močnostnega transformatorja je pretvarjanje ene izmenične napetosti v drugo, medtem ko je naloga usmerniškega transformatorja še bolj posebna - je namenski močnostni transformator za usmerniško opremo, ki pretvarja napetost izmeničnega električnega omrežja v izmenično napetost, ki jo zahteva usmerniška naprava, in s transformacijo faznega števila in faznega kota na koncu oddaja enosmerno električno energijo skozi komponente usmernika. Velika večina virov enosmerne energije, ki se uporabljajo v industriji, se napaja iz električnih omrežij izmeničnega toka prek usmerniških transformatorjev in usmerniške opreme. Kakšne so torej bistvene razlike med usmerniškimi transformatorji innavadni energetski transformatorji? Kako izstopa s svojo osrednjo tehnologijo »faznega-premikanja z več impulzi« v-močnejših aplikacijah, kot so elektroliza, vleka, prenos in celo visoko{2}}napetostni prenos enosmernega toka?
Izhajajoč iz osnovne definicije, usmerniški transformatorji služijo usmerniškim sistemom. Njihove vhodne sponke so povezane z električnim omrežjem izmeničnega toka in po notranji transformaciji napetosti in razporeditvi faz oddajajo več nizov izmeničnega toka z določenimi fazami. Nato dobijo nemoten enosmerni izhod prek komponent usmernika, kot so tiristorji ali usmerniške diode. Ta delovni proces določa, da imajo usmerniški transformatorji povsem drugačen poudarek pri oblikovanju kot energetski transformatorji. Izhod usmerniškega transformatorja ni en sam sinusni val, ampak zahteva več nizov izmeničnih napetosti s faznimi zamiki določenega kota, ki se zagotovijo usmerniškemu mostu - na primer, v 12-impulznem usmerniškem sistemu se izhod dveh tri-faznih navitij na strani ventila razlikuje za 30 stopinjski električni kot; V 24-impulznem sistemu so tuljave obeh transformatorjev na strani mreže premaknjene za pozitivnih in negativnih 7,5 stopinj, kar ima za posledico 15-stopinjsko fazno razliko v izhodu na strani ventila. Ta "fazno zamaknjena multi impulzna" tehnologija je glavna značilnost, ki razlikuje usmerniške transformatorje od običajnih transformatorjev.
Ključ do razumevanja usmerniških transformatorjev je razumevanje inherentne logike med številom impulzov in tehnologijo faznega premika. Tako-imenovano število impulzov se nanaša na to, kolikokrat usmernik odda pulziranje enosmernega toka v enem ciklu močnostne frekvence. Čeprav lahko običajni sistemi za usmerjanje šestih impulzov dosežejo pretvorbo AC-DC, bodo ustvarili harmonične tokove s frekvencami, ki so večkratniki osnovnega vala v električnem omrežju - značilnih harmonskih vrstnih redov 6K ± 1 (tj. . 5th, 7th, 11th, 13th, itd.), kar povzroča znatno onesnaženje električnega omrežja. Da bi zadušili harmonike in izboljšali kakovost električne energije na strani omrežja, industrija na splošno sprejme zamisel o "več impulzih", ki pomeni razporeditev več nizov sekundarnih navitij z različnimi fazami v usmerniškem transformatorju, tako da se njihovi večkratniki impulzov podvojijo. Če za primer vzamemo 12-impulzno usmerjanje, z zasnovo sekundarnega navitja kot dveh tri-faznih navitij, povezanih v zvezdo in povezanih kotov, z izhodno fazno razliko natančno 30 stopinj, je mogoče po popravljanju odpraviti 5. in 7. karakteristični harmonik. Nadaljnje povečanje števila impulzov na 24 impulzov lahko učinkovito zaduši 11. in 13. harmonik. Pri aplikacijah z veliko-močjo, kot je elektrokemična elektroliza aluminija, lahko s pomočjo bolj zapletenih zasnov-faznega premika navitij sistemsko število impulzov doseže celo 60 impulzov, kar omogoča, da napajalni sistem deluje z izjemno gladkostjo in nizko vsebnostjo harmonikov pod nazivno obremenitvijo. Lahko rečemo, da večje kot je število impulzov usmerniškega transformatorja, boljša je gladilna zmogljivost izhoda enosmernega toka in manjše onesnaženje, ki ga povzroča električno omrežje. Vendar pa se eksponentno povečuje tudi kompleksnost ustrezne strukture navitja transformatorja in obdelave faznega premika.
Na ravni strukturne zasnove usmerniški transformatorji običajno sprejmejo dva glavna sistema navitij: stran omrežja in stran ventila. Navitje na strani omrežja je priključeno na električno omrežje izmeničnega toka in različne metode ožičenja, kot je Yanbian trikotnik, je mogoče uporabiti glede na zahteve glede faznega premika; Stran ventila je sekundarno navitje, ki napaja usmerniško napravo, zasnovano v več sklopih izhodov v skladu z zahtevami sistemskega impulza. Za izdelke z 12 ali več števili impulzov se običajno uporablja aksialna dvojno razdeljena struktura navitja - navitje na strani ventila je razporejeno v dveh ali več neodvisnih skupinah tuljav vzdolž aksialne smeri železnega jedra, kar ustreza različnim povezovalnim skupinam. Ta zasnova ne zagotavlja samo natančnega faznega razmerja med navitji na vsaki strani ventila, temveč tudi ohranja kratko{5}}impedanco vsakega navitja na strani omrežja med postopkom komutacije čim bolj dosledno, s čimer se uravnoteži porazdelitev toka med različnimi rokami usmerniškega mostu. Kar zadeva materiale in procese, so navitja usmerniških transformatorjev običajno izdelana iz bakrenih žic ali bakrenih folij, tuljave z majhno zmogljivostjo imajo večplastno strukturo, tuljave z veliko zmogljivostjo imajo strukturo pogače, da se zagotovi zadostno prezračevanje in odvajanje toplote, železno jedro pa je izdelano iz pločevine iz silicijevega jekla z visoko prepustnostjo, zložene skupaj. Po nizu postopkov, kot so predhodno sušenje, vakuumsko nanašanje in vroče strjevanje, tuljava in železno jedro tvorita stabilno splošno strukturo, kar bistveno zmanjša hrup delovanja in omogoča opremi dobro toleranco v pogojih kratkotrajne-preobremenitve. Odvisno od ravni moči in delovnih pogojev so usmerniški transformatorji lahko izdelani v oljnem ali suhem-tipu - prvi ima močne zmožnosti odvajanja toplote in je primeren za dolgo-neprekinjeno delovanje v visokonapetostnih in industrijskih obratih velike zmogljivosti; Slednji se pogosto uporablja na mestih s strogimi zahtevami glede požarne varnosti, kot so podzemni prostori v mestnem železniškem prometu, zaradi svojih prednosti, ki-brez olja in-zavirajo gorenje.
Če preučimo vrednost usmerniških transformatorjev z vidika dušenja harmonikov, lahko bolje razumemo njihovo nenadomestljivost. Obremenitve usmernikov, ki se uporabljajo v elektrokemični industriji, so pogosto velike in harmonični tokovi, ki jih ustvarjajo, ko se vbrizgajo v električno omrežje, lahko povzročijo popačenje valovne oblike sistemske napetosti, zmanjšanje kakovosti napajanja in v hujših primerih celo ogrozijo varno delovanje opreme za proizvodnjo in porabo električne energije. Zato jih industrija živo imenuje "onesnaževanje električne energije". Usmerniški transformator zmanjša to onesnaženje tako, da spremeni distribucijo harmoničnega spektra pri viru - uporablja konfiguracijo faznega premika med več navitji, da izniči karakteristične harmonike nizkega reda v transformatorju, kar močno zmanjša vsebnost harmonikov visokega-reda, vnesenih v električno omrežje, in izboljša faktor moči celotnega sistema. Poleg tega večja impedanca kratkega-vezja v zasnovi omejuje vpliv toka kratkega{7}}vezja, medtem ko učinek električne izolacije transformatorja izolira usmerjevalno opremo od omrežja, kar zmanjšuje vpliv elektromagnetnih motenj na drugo vzporedno delujočo opremo.
V industrijskih aplikacijah pokritost z usmerniškimi transformatorji pokriva skoraj vsa področja, ki zahtevajo visoko-napajanje z enosmernim tokom. Elektrokemična industrija je najbolj razširjena industrija za usmerniške transformatorje. Ne glede na to, ali gre za redukcijo aluminijevega oksida v kovinski aluminij pri elektrolitski proizvodnji aluminija, elektrolizo soli za proizvodnjo klora in kavstične sode ali elektrolizo vode za proizvodnjo vodika in kisika, se vsi zanašajo na ultra-visokotokovno izhodno moč enosmernega toka usmerniških transformatorjev. Povpraševanje po toku v procesu taljenja aluminija je še posebej osupljivo - če za primer vzamemo tiristorski elektrolitski aluminijasti usmerniški transformator z ultra veliko zmogljivostjo 173 MVA, njegov usmerjeni tok doseže 2 × 48 kA, enosmerna napetost pa je visoka do 1450 voltov. Na področju železniškega tranzita sistemi vlečnega napajanja mestnih podzemnih železnic, lahkih tirnic in tramvajev običajno uporabljajo 750-voltno ali 1500-voltno napajanje z enosmernim tokom. Usmerniški transformator zniža izmenično napetost 35 kV ali 10 kV in jo napaja v usmerniško napravo, kar zagotavlja zanesljivo enosmerno pogonsko energijo za vlečni motor vlaka. Na področju industrijskega prenosa usmerniški transformatorji zagotavljajo nadzorovan enosmerni vhod za frekvenčne pretvornike v velikih jeklarnah, rudniških dvigalih in ladijskih pogonskih sistemih, s čimer se doseže natančno prilagajanje hitrosti enosmernega motorja. Visokonapetostni enosmerni tokovni prenos je še en -scenarij visokokakovostne uporabe usmerniških transformatorjev - v pretvorniških postajah se pretvorniški transformatorji lotijo pretvorbe med izmeničnim in enosmernim tokom. Njihova napetostna raven lahko doseže ± 800 kV ali celo več, njihova zmogljivost pa presega gigavolt ampere, kar postavlja izjemno zahtevne tehnične zahteve za izolacijo in hladilne sisteme. Poleg tega se različni scenariji, kot so galvanizacija in električna obdelava, vzbujanje generatorjev, polnjenje električnih vozil in elektrostatični filtri, zanašajo tudi na podporo usmerniških transformatorjev, za katere lahko rečemo, da igrajo nenadomestljivo osnovno vlogo v enosmernem napajalnem sistemu sodobne industrije.
Kar zadeva izbiro izvoza in mednarodno certificiranje, se standardni sistem in predmeti testiranja za usmerniške transformatorje razlikujejo od tistih za običajne energetske transformatorje. Za industrijske usmerjevalne aplikacije so standardi serije IEC 61378 mednarodno priznane osnovne smernice, pri čemer 1. del zajema industrijske pretvorniške transformatorje, 2. del pa je posebej namenjen visoko-napetostnim enosmernim prenosnim pretvorniškim transformatorjem. Na severnoameriškem trgu je standard ANSI/IEEE C57.18.10 nadomestil serijo IEC kot obvezna tehnična smernica. Ta standard je zasnovan posebej za polprevodniške močnostne usmerniške transformatorje in se uporablja za specializirane obremenitvene izdelke z eno-fazno nazivno močjo 100 kW in več ter tri-fazno nazivno močjo 100 kW in več. Zajema različne scenarije uporabe, kot so usmerniki, inverterji, obločne peči in pogonske naprave za nadzor hitrosti, in je pomembna podlaga za pregled električne varnosti in sprejem na trgih ZDA in Kanade. Izkušene ekipe za zunanjo trgovino bi morale pri promociji usmerniških transformatorjev strankam v Severni Ameriki vnaprej pripraviti celoten sklop poročil o preskusih tipa IEEE C57.18.10. Vendar pa je pogosto težko izpolniti obvezne zahteve lokalnih regulativnih organov, če imamo le univerzalno poročilo o preskusu IEC. Če so usmerniški transformatorji za trg EU razvrščeni kot nizko{17}}napetostna električna oprema, morajo biti opremljeni z dokumenti o skladnosti za nizkonapetostno direktivo in direktivo o elektromagnetni združljivosti pod oznako CE, celovitost in prepričljivost izdanega samo{18}}ocenjevalnega poročila pa morata podpreti preizkušanje posameznega elementa standardov IEC za usmernike. Usmerniški transformatorji, namenski železniški vleki, morajo izpolnjevati tudi dodatne določbe standarda IEC 60310, da zagotovijo, da se lahko prilagodijo pogostim ciklom zagona in izklopa in velikim-nihanjem obremenitve v okoljih dejanskega cestnega omrežja.
V ozadju nadgradenj globalne energetske infrastrukture se tržni obeti za usmerniške transformatorje še naprej širijo. Zaradi številnih dejavnikov rasti, kot so integracija novega energetskega omrežja, naložbe v naprave za električna vozila in pospešen železniški tranzit, povpraševanje po posebnih transformatorjih postopoma presega delež tradicionalne distribucijske opreme, usmerniški transformatorji pa so osrednja povezava v tem tehnološkem procesu. Ko vas stranke vprašajo, 'Kakšen usmerjevalni sistem res potrebujem?', jih morda lahko vodi k razmišljanju naprej v tej smeri razmišljanja: kakšen vrstni red velikosti sta enosmerna napetost in tok, ki ju zahteva obremenitev zaledja? Kolikšen je pritisk, da sistem izpolni standarde harmonične meje in faktorja moči? Ali je potrebno imeti več usmerniških transformatorjev, ki delujejo vzporedno v usmerniškem omrežju, da si delijo zmogljivost ali ustvarijo večje število impulzov? Ko so vsi ti pogoji jasno opredeljeni, je arhitektura napajanja z enosmernim tokom, osredotočena na večfazni{2}}premični usmerniški transformator, pogosto najbolj zanesljiva rešitev, ki lahko uravnoteži glajenje več impulzov in usklajeno dušenje harmonikov - to je tudi poslanstvo industrije usmerniških transformatorjev.
