Trasformatore raddrizzatore a 24 impulsi

Nei progetti industriali con rigide limitazioni armoniche, mentre il rettificazione a 12 impulsi elimina la 5a e la 7a armonica, persistono l'11a e la 13a armonica. Quando la capacità di cortocircuito della rete è bassa o i requisiti di qualità dell’energia sono rigorosi, uno schema a 24 impulsi può ridurre ulteriormente il contenuto armonico lato rete. Yulan Transformer produce trasformatori raddrizzatori a 24 impulsi con capacità che vanno da 630 kVA a 80.000 kVA; le tensioni lato rete possono sopportare 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV e 35 kV, mentre i parametri lato valvola sono progettati su misura per soddisfare i requisiti specifici del raddrizzatore.

Logica di cancellazione armonica

Un sistema di rettifica a 24 impulsi è tipicamente costituito da quattro ponti raddrizzatori a 6 impulsi. Un trasformatore sfasatore viene utilizzato per creare una differenza di fase sequenziale di 15° tra i lati CA dei quattro ponti. Di conseguenza, la maggior parte delle armoniche di ordine basso sul lato della griglia, ad eccezione della 23a e della 25a, si annullano a vicenda. Rispetto ai sistemi a 12 impulsi, l'undicesima e la tredicesima armonica vengono effettivamente eliminate; le restanti armoniche caratteristiche iniziano al 23° ordine con ampiezze significativamente ridotte, diminuendo così la richiesta di apparecchiature di filtraggio.

Le combinazioni comuni di sfasamento utilizzate in ingegneria includono +7,5°, -7,5°, +22,5° e -22,5° oppure 0°, 15°, 30° e 45°, con la configurazione specifica determinata dalla progettazione del sistema.

Metodi di implementazione

Quattro trasformatori indipendenti

Quattro trasformatori raddrizzatori a 6 impulsi sono progettati con angoli di sfasamento specifici, ciascuno dei quali fornisce alimentazione a un singolo ponte raddrizzatore. Questo schema offre flessibilità di manutenzione, consentendo alle unità rimanenti di funzionare a capacità ridotta in caso di guasto, ma richiede un ingombro maggiore e un numero maggiore di unità del quadro sul lato primario.

Due trasformatori a doppio avvolgimento

Ogni trasformatore è dotato di due serie di avvolgimenti lato valvola per ottenere due distinti angoli di sfasamento. Ad esempio, un trasformatore emette +7,5° e -7,5°, mentre l'altro emette +22,5° e -22,5°. Rispetto allo schema a quattro trasformatori, questo approccio dimezza il numero di unità e si traduce in un layout più compatto. Trasformatore singolo multi-avvolgimento

Questa configurazione presenta quattro serie di avvolgimenti lato valvola all'interno di un singolo trasformatore, ottenendo quattro angoli di sfasamento tramite connessioni a zigzag o a triangolo esteso. Anche se questa soluzione riduce al minimo l'ingombro delle apparecchiature, un guasto nella singola unità influisce sull'intero carico e la complessità della produzione è maggiore; viene generalmente utilizzato per applicazioni di capacità medio-piccola o dove lo spazio è limitato.

Gli utenti possono selezionare la configurazione in base alle condizioni del sito, alle strategie di manutenzione e ai requisiti di affidabilità. Tutti e tre i metodi offrono prestazioni equivalenti di soppressione delle armoniche, con differenze che risiedono principalmente nella disposizione fisica, nel funzionamento e nella manutenzione.

Specifiche tecniche

Avvolgimenti a sfasamento e precisione

L'efficacia della cancellazione armonica di un sistema a 24 impulsi dipende dalla precisione della differenza di fase tra i ponti. Il calcolo preciso dei rapporti di rotazione dell'avvolgimento di sfasamento è essenziale, poiché le deviazioni dell'avvolgimento e gli errori di assemblaggio durante la produzione possono influenzare l'angolo di sfasamento finale. Yulan Transformer registra il numero di giri per gli avvolgimenti sfasati per unità e verifica gli angoli di fase tra gli avvolgimenti durante i test di accettazione in fabbrica, mantenendo le deviazioni entro ± 0,5 °.

Quando si utilizza una combinazione di più trasformatori, è necessario controllare anche la deviazione dell'impedenza di cortocircuito tra le unità. Il disadattamento di impedenza porta a una distribuzione non uniforme della corrente di carico, potenzialmente sovraccaricando specifici ponti raddrizzatori e diminuendo le capacità di cancellazione armonica. Gli intervalli di deviazione di impedenza consentiti devono essere chiaramente definiti durante la fase di progettazione tecnica.

Perdite e aumento della temperatura

Lo schema a 24 impulsi elimina un maggior numero di ordini armonici, riducendo ulteriormente le perdite aggiuntive dell'avvolgimento rispetto allo schema a 12 impulsi. Tuttavia, poiché le armoniche del 23° ordine e superiori inducono ancora effetti skin e di prossimità, la progettazione del conduttore deve prevedere margini sufficienti. La densità del flusso magnetico del nucleo viene mantenuta al di sotto dei livelli tipici dei trasformatori di distribuzione convenzionali per accogliere i potenziali componenti CC che si verificano durante i transitori del raddrizzatore.

Le prove di aumento della temperatura devono essere condotte utilizzando forme d'onda di corrente che includano le armoniche caratteristiche; in caso contrario, i risultati del test non rifletteranno accuratamente l'aumento della temperatura dei punti caldi nelle condizioni operative effettive. I clienti possono richiedere lo spettro della corrente armonica al momento dell'ordine per fungere da dati di input per la verifica dell'aumento della temperatura.

Produzione e test

Gli avvolgimenti utilizzano conduttori trasposti o conduttori multipli paralleli, mentre le sbarre di rame vengono impiegate per i collegamenti ad alta corrente sul lato della valvola. Sulle pareti interne del serbatoio è installata una schermatura magnetica o elettrica, dimensionata in base alla capacità del trasformatore, per ridurre al minimo le perdite disperse causate dai campi magnetici armonici. Le unità ad alta capacità sono dotate di radiatori a pannello o sistemi di raffreddamento a circolazione forzata dell'olio.

Oltre ai test di routine standard, i test di accettazione in fabbrica si concentrano sulla misurazione dell'angolo di sfasamento, sui test di isolamento tra gli avvolgimenti lato valvola, sulla misurazione delle scariche parziali e sui test degli impulsi di fulmine (per 35 kV e superiori). I dati dei test vengono archiviati in base al numero di serie, garantendo la tracciabilità dei processi quali la fabbricazione degli avvolgimenti, l'impilamento delle anime e l'essiccazione delle parti attive.

Capacità ingegneristiche

Yulan Transformer produce trasformatori per forni elettrici e trasformatori raddrizzatori dal 1999, possedendo la capacità di produrre e testare prodotti con tensione nominale di 110 kV e inferiore. Le attrezzature principali includono una capacità di sollevamento di 80 tonnellate, un sistema di essiccazione sotto vuoto in fase di vapore di cherosene da 400 kW, apparecchiature per test a impulsi da 1200 kV e un trasformatore di prova a frequenza industriale senza scarica parziale da 400 kV. Queste strutture consentono all'azienda di soddisfare i requisiti di lavorazione dell'isolamento e di verifica in fabbrica per le complesse strutture multi-avvolgimento dei trasformatori raddrizzatori a 24 impulsi.

Domande frequenti

D: Qual è la differenza nel contenuto armonico tra i sistemi a 24 impulsi e quelli a 12 impulsi?

Le armoniche primarie in un raddrizzatore a 12 impulsi sono l'11° e il 13° ordine; un sistema a 24 impulsi li elimina efficacemente, con armoniche caratteristiche residue che iniziano al 23° ordine. La distorsione armonica totale (THD) della corrente lato rete scende generalmente dall'8% – 10% (12 impulsi) a meno del 4% (24 impulsi), con valori specifici che dipendono dal carico e dall'impedenza.

D: Cosa succede se un trasformatore si guasta in una configurazione a quattro trasformatori?

In una configurazione che utilizza quattro trasformatori indipendenti, i restanti tre possono continuare a funzionare se uno viene messo offline; tuttavia, si verificherà uno squilibrio sul lato della griglia e alcune armoniche di ordine inferiore riappariranno. In queste condizioni, il carico totale dovrebbe essere ridotto e la manutenzione programmata tempestivamente. Al contrario, una configurazione con trasformatore multi-avvolgimento singolo non consente l’isolamento di un singolo ponte, con conseguente impatto più ampio in caso di guasto.

D: Un sistema a 24 impulsi è più sensibile agli errori dell'angolo di sfasamento rispetto a un sistema a 12 impulsi?

SÌ. Un sistema a 24 impulsi richiede precise relazioni di fase tra quattro set di ponti simultaneamente; una deviazione in ogni singolo insieme impedisce alle coppie armoniche corrispondenti di annullarsi completamente a vicenda. Di conseguenza, esistono requisiti più severi per quanto riguarda la precisione di produzione e il collaudo in fabbrica degli avvolgimenti sfasati.

D: Vale la pena utilizzare un sistema a 24 impulsi per progetti di piccola capacità?

Se la rete elettrica impone severi requisiti armonici e il costo del filtraggio è elevato, un sistema a 24 impulsi può essere più economico di un sistema a 12 impulsi combinato con filtri. Tuttavia, per capacità inferiori, i costi fissi associati a più trasformatori rappresentano una percentuale maggiore del totale, rendendo necessaria un’analisi costi-benefici completa. Sebbene i sistemi con potenza nominale superiore a 630 kVA siano generalmente candidati alla valutazione, la scelta finale dipende dalle condizioni specifiche della rete e dal budget del progetto.

D: Un trasformatore raddrizzatore a 24 impulsi può sostituire i filtri passivi?

Non può fungere da sostituto completo. Sebbene un sistema a 24 impulsi elimini la maggior parte delle armoniche di ordine basso, persistono le armoniche del 23° ordine e superiori; inoltre, squilibri di carico o errori di sfasamento possono introdurre piccole quantità di armoniche di ordine basso. Alcuni progetti potrebbero ancora richiedere un numero limitato di diramazioni del filtro, sebbene la capacità e i costi coinvolti siano significativamente inferiori rispetto a quelli delle soluzioni a 6 o 12 impulsi.