産業電気工学では 整流器トランス AC（交流）をDC（直流）に変換する際に重要な役割を果たします。これらの特殊な変圧器は、単なるパワーデバイスではなく、独特の電気的ストレスに耐え、高精度の直流アプリケーションのニーズを満たすように設計されています。電気化学産業、牽引システム、HVDC送電など、整流変圧器は多くの近代的インフラシステムの基幹を形成しています。
この記事では、整流器用変圧器について、その機能、特徴、構造材料、種類（乾式と油浸式）、および従来の電力用変圧器との違いについて包括的に説明する。
整流器トランスとは？
A 整流器トランス は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路に電力を供給するために設計された特殊なタイプのトランスである。これらのトランスは、マルチパルス整流システムにおいて、ダイオードやサイリスタなどの半導体デバイスと組み合わせて使用されることが多い。
電圧変換や電気的絶縁を主目的とする標準的な変圧器とは異なり、整流器用変圧器は、変圧器を扱うために特別に設計されている：
非線形および不平衡負荷
高調波含有率が高い
熱的・電気的ストレスが大きい
正確な電圧調整
整流トランスの用途
整流器トランスは、制御された直流電源や高電圧の直流電源を必要とする数多くの産業で不可欠です。最も一般的な用途には、以下のようなものがあります：
電解と電解採取 (アルミニウム、銅、亜鉛産業）
電気アーク炉および鉄鋼業
鉄道用変電所
HVDC（高圧直流）送電システム
バッテリー充電システム
電気めっきおよび陽極酸化工場
直流電源を必要とする産業用ドライブおよびモーター
これらの用途はそれぞれ、変動する負荷や高調波を管理する能力など、変圧器に特定の性能を要求します。
主な特徴と設計上の特徴
整流器用変圧器は、複雑な運転条件に対応できるように設計されています。その特徴は以下の通りです：
1. マルチワインディング構成
多くの場合、マルチパルス整流ブリッジ（6パルス、12パルス、24パルスなど）に供給するために1つまたは複数の2次巻線で設計され、DC出力の平滑性を改善し、高調波を低減する。
2. 位相シフト機能
二次巻線は、高調波緩和のために不可欠な多相整流を作り出すために、位相シフトで構成することができる。
3. 堅牢な断熱システム
絶縁は、過渡電圧や高調波成分による高い誘電応力や熱応力に耐えるものでなければならない。
4. 電磁シールド
渦電流や漏れ磁界を低減するため、コアや巻線にシールドが組み込まれることが多い。
5. 高い短絡強度
整流器用変圧器は誘導性が高く、時には故障しやすい負荷に対応するため、内部短絡に耐える機械的強度が重要である。
建設資材
高品質の素材は、過酷な使用条件下での信頼性と長寿命を保証します：
コア:コアロス低減のための結晶粒配向珪素鋼またはアモルファス合金
巻線:銅またはアルミニウム導体に高級絶縁材（冷却方法に応じてノーメックス、エポキシ、クラフト紙）を使用
断熱:油浸式は油紙絶縁、乾式はエポキシ樹脂絶縁
冷却システム:ONAN(オイル・ナチュラル・エア・ナチュラル)、ONAF(オイル・ナチュラル・エア・フォースド)、またはドライタイプの空冷システム
整流トランスの種類
1. 乾式整流トランス
冷却方法:空冷（自然または強制）
メリット:環境にやさしく、屋内使用でも安全で、油漏れや火災の心配がない。
アプリケーション:商業ビル、クリーンルーム、環境要件が厳しい場所
2. 油浸整流変圧器
冷却方法:鉱物油またはシリコンオイル、自然冷却または強制空冷
メリット:優れた放熱性、高容量、より堅牢な絶縁寿命
アプリケーション:屋外設置、重工業プラント、大容量DCシステム
整流トランスと従来の電源トランスの比較
| 特徴 | 整流器トランス | 従来の変圧器 |
|---|---|---|
| 機能 | 整流により直流負荷に供給 | 回路間で交流電力を転送 |
| 負荷タイプ | 高非線形、高調波リッチ、アンバランス | 一般的にリニア、バランス |
| セカンダリー構成 | 位相シフトを伴う多相 | 単相または三相 |
| デザインの複雑さ | 高（マルチワインディング、耐ハーモニック） | 比較的シンプル |
| 冷却条件 | 高調波による熱のため、より厳しい要求 | 中程度 |
| 電圧調整 | 動的負荷に対してより正確で安定 | 標準規定 |
| アプリケーションの特異性 | DCアプリケーション用に特注 | 汎用 |
ユーザーへの配慮
プロジェクトや施設用に整流器トランスを調達する場合は、以下の設計パラメータを考慮してください：
必要なパルス数 (6、12、24パルスシステム)
AC入力電圧とDC出力電圧の要件
負荷特性：一定、可変、回生
立地条件：屋内か屋外か、気温、高度
規制遵守:IEC、IEEE、ANSI、またはUL規格
結論整流トランスが重要な理由
整流変圧器は、直流システムに給電する単なる変圧器ではありません。その設計は、ACグリッドとDCプロセス間のギャップを埋め、産業が炉を運転し、金属を抽出し、重いモーターを駆動し、大陸を越えてエネルギーを伝送することを可能にします。
変圧器の特徴や従来の変圧器との違いを理解することで、エンジニア、プロジェクト・プランナー、産業界の購買担当者は、長期的な性能、安全性、効率のために適切なソリューションを選択することができます。
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