Мы живем в мире цифровизации и автоматизации. Потребность в электроэнергии неизменно растет из года в год. На улицах наших городов появляются зарядные станции для электромобилей. На производственных предприятиях многие процессы выполняют роботы. Мы, как производители электротехнического оборудования с многолетним опытом, видим, как растет потребность в электроэнергии. Если еще лет 10 назад самыми востребованными мощностями трансформаторов были такие номиналы как 1000 и 1600 кВА, сейчас же спрос значительно вырос на трансформаторы 2500 кВА и выше. Ко всему прочему, все больше запросов на нестандартные преобразовательные трансформаторы, причем больших мощностей.
Существует два основных типа трансформаторов, имеющих разные функции и назначения: распределительные и преобразовательные. Понимание их отличий является важным как для специалистов в области энергетики, так и для всех, кто интересуется функционированием электрических систем. Начнем с того, что данные типы трансформаторов должны отвечать требованиям разных ГОСТов. Распределительные — ГОСТ Р 52719-2007, преобразовательные — ГОСТ 16772-77.
Кроме того, для распределительных трансформаторов коэффициент нагрузки колеблется от 0,7 до 0,85-0,9. Это означает, что они загружены практически на 70-85%, максимум 90% от номинальной мощности. Однако это не является строгим требованием, и можно считать аксиомой, основанной на практическом опыте. В любом случае, трансформаторы проектируются на номинальную мощность для работы в продолжительном режиме, без включения каких-либо дополнительных систем охлаждения и кондиционирования. Процессы автоматизации производств приводят к увеличению двигательной нагрузки на сеть. В силу чего и растет спрос на преобразовательные трансформаторы.
Преобразовательные трансформаторы имеют коэффициент нагрузки, равный единице, независимо от системы вентиляции и других факторов. Такие трансформаторы должны также допускать периодические циклические перегрузки. Не секрет, что у разных потребителей, в зависимости от их назначения и алгоритма работы, будут режимы работы отличаться: для горэлектротранспорта свои режимы, для метро свои режимы, для гальваники свои режимы, для электрических приводов — свои. ГОСТом 16772-77 для преобразовательных трансформаторов определены 11 режимов перегрузок, это и является основным отличием преобразовательных трансформаторов от распределительных.
Также у преобразовательных трансформаторов, помимо номинальной мощности, существует такое понятие, как типовая мощность. Типовая мощность преобразовательного трансформатора превышает номинальную мощность, так как через первичную и вторичную обмотки проходят несинусоидальные токи, содержащие множество высших гармонических составляющих. Это происходит из-за того, что «вентили», включенные в цепи отдельных фаз вторичной обмотки, пропускают ток лишь в течение части периода. На стороне постоянного тока преобразователя, как правило, включают сглаживающий дроссель значительной индуктивности, из-за которого токи в обмотках трансформатора принимают форму, близкую к прямоугольной. В результате чего токи в вентильных и в сетевых обмотках имеют разные действующие значения. Поэтому расчетные мощности первичной и вторичной обмоток и не совпадают.
Более сложные режимы работы преобразовательных трансформаторов обусловлены присутствием в сети с ПЧ других, более высоких частот — гармоник. Их количество и величина значительно искажает синусоиду первой гармоники в 50 Гц. Несмотря на то, что по мере увеличения их порядка коэффициент искажения формы синусоиды постепенно уменьшается. Тем не менее под их воздействием основная гармоника может искажаться более чем на 60%. В свою очередь, в трансформаторе этот эффект может привести к перегреву магнитопровода.
Искаженная синусоида, помимо перегрева магнитопровода, добавляет нагрузки и на активный материал (лента/провод) трансформатора, в результате чего по проводникам начинают протекать токи большего значения, что также может привести к перегреву обмоток трансформатора.
И распределительные, и преобразовательные трансформаторы играют важнейшую роль в системе электроснабжения, но выполняют разные функции, основанные на специфических требованиях к нагрузкам и режимам работы.
Распределительные трансформаторы, надежно функционируя в предельных режимах нагрузки, обеспечивают стабильное энергоснабжение на уровне коммунальных и промышленных потребителей. В то время как преобразовательные трансформаторы, работающие на 100% своей мощности, адаптируются к требованиям современных реалий — времени автоматизации технологических процессов, где важен адаптивный подход и возможность работы с несинусоидальными токами.