整流变压器

整流变压器是一种专为整流系统设计的特殊电力变压器，它将交流电网电压转换为适合整流器（或变流器）输入所需的电压形式（幅值、相位、相数），并承担整流负载带来的特殊电气应力。

以下是其核心功能和应用要点：

核心功能：
- 电压变换： 将输入的高压（或低压）交流电变换为整流器所需的低压（或高压）交流电。
- 相位与相数变换： 提供整流器（如桥式、双反星形带平衡电抗器等）所需的特殊相位（如相差30度的两组三相电压）或增加相数（如六相、十二相），以减少整流后直流电压的脉动（纹波） 并提高整流效率。
- 电气隔离： 提供整流系统与交流电网之间的电气隔离。
- 阻抗匹配： 设计特定的短路阻抗（通常比普通电力变压器高），以限制短路电流、改善换相过程以及在多整流器并联时实现电流均衡。
- 承受特殊负载特性： 整流负载本质上是非线性的周期性负载，会产生谐波电流、可能引起直流偏磁、导致额外的铁损和铜损。整流变压器在设计上需考虑这些因素。
主要应用场景：
- 电化学工业： 电解铝、电解铜、电解水制氢、氯碱工业等。需要大功率、低电压、大电流直流电。
- 直流传动： 大型轧钢机、矿山提升机、船舶推进、电力机车/地铁牵引（牵引整流变压器）。提供可调速驱动所需的直流电源。
- 直流输电： 高压直流输电系统中的换流站。将交流电转换为高压直流电进行远距离传输。
- 励磁系统： 为大型同步发电机提供直流励磁电流。
- 充电设备： 大型电池充电站（如电动汽车充电桩的上级整流电源）。
- 感应加热与熔炼电源： 为可控硅中频电源提供输入。
- 直流电弧炉电源。
区别于普通电力变压器的特点：
- 负载特性： 次级连接的是非线性整流元件，负载电流含有大量谐波且非正弦。
- 绕组结构与联结组： 常用特殊的联结组别以满足多相整流的需求（如Dd0y11, Dy5d0, Yy0d5等），常采用双绕组或三绕组，一次侧或二次侧可能有延边三角形（曲折形）接法。
- 阻抗： 短路阻抗百分比通常更高。
- 损耗与温升计算： 需考虑谐波电流引起的附加损耗（涡流损耗增大）。
- 直流偏磁风险： 某些整流电路拓扑可能导致铁心中存在直流磁势分量，设计时需考虑抗偏磁能力（如增加气隙、采用特殊铁心结构）。
- 绝缘要求： 特别是用于高压直流输电的换流变压器，需承受交直流复合电压、极性反转等严苛绝缘考验。
关键参数考量：
- 额定容量： 通常指整流后的直流额定功率或等效交流侧容量。
- 网侧/阀侧电压与电流： 交流输入（网侧）和输出至整流器（阀侧）的电压、电流额定值。
- 联结组别： 决定了输出电压的相位关系。
- 短路阻抗： 影响短路电流、换相压降、并联均流等。
- 脉波数： 整流输出的波形脉动频率取决于变压器的相位设计（如6脉波、12脉波、24脉波），脉波数越高，输出直流越平滑。
- 绝缘水平： 根据应用电压等级和标准要求确定。
- 冷却方式： ONAN（油浸自冷）、ONAF（油浸风冷）、OFAF（强迫油循环风冷）等，取决于功率大小。
- 谐波含量与损耗： 设计需优化以降低谐波损耗。