Trasformatore raddrizzatore di potenza industriale a 12 impulsi

Perché 12 impulsi invece di 6 impulsi

Un raddrizzatore a 6 impulsi assorbe correnti significative di 5a e 7a armonica dall'alimentazione. Queste armoniche aumentano le perdite dell'avvolgimento, causano distorsioni di tensione e spesso richiedono un filtraggio esterno. Un sistema a 12 impulsi utilizza due ponti a 6 impulsi alimentati da tensioni sfasate. Quando lo sfasamento è di 30°, le correnti di 5a e 7a armonica si annullano sul lato primario. Le restanti armoniche dominanti sono l'11 e la 13, che sono più facili da gestire e hanno ampiezze inferiori.

Questo approccio è comune negli impianti industriali in cui i limiti delle armoniche sono specificati da IEEE 519 o codici di rete simili. Viene utilizzato anche quando il carico del raddrizzatore è abbastanza grande da rendere costosi i soli filtri armonici.

Configurazioni di sistema

I trasformatori raddrizzatori di potenza industriali a 12 impulsi sono forniti in due disposizioni principali.

Due trasformatori separati

Vengono costruiti due trasformatori a 6 impulsi con sfasamenti di +15° e -15°. Ciascuno alimenta un ponte raddrizzatore. Questa disposizione consente di mettere fuori servizio un'unità per manutenzione mentre l'altra continua a funzionare a carico ridotto. Semplifica inoltre il trasporto per rating molto grandi.

Trasformatore singolo con doppi avvolgimenti secondari

Un trasformatore contiene due avvolgimenti lato valvola, uno collegato a stella e uno a triangolo. La differenza di fase naturale di 30° crea l'effetto a 12 impulsi. Questo design consente di risparmiare spazio e riduce il numero di collegamenti del quadro primario, ma un singolo guasto influisce sull'intero sistema di raddrizzatore.

Entrambe le configurazioni forniscono una cancellazione armonica comparabile. La scelta dipende dal layout del sito, dalla strategia di manutenzione e dai requisiti di ridondanza.

Applicazioni industriali tipiche

● Impianti di elettrolisi di alluminio, rame e zinco

● Elettrolisi cloro-alcalina negli impianti chimici

● Forni ad arco CC e forni ad arco sommerso

● Grandi linee di galvanica e anodizzazione

● Alimentazione elettrica di trazione per sistemi ferroviari urbani

● Azionamenti CC industriali con potenze elevate

Specifiche tecniche

Precisione dello sfasamento

Lo sfasamento è prodotto da collegamenti estesi dell'avvolgimento a triangolo o a zigzag. Il numero di spire dell'avvolgimento sfasato deve essere calcolato con precisione. Se l'angolo di fase si discosta dal valore di progetto, tra i due ponti raddrizzatori circolano correnti. Ciò riduce la cancellazione della 5a e della 7a armonica e aumenta le perdite.

Durante la produzione, Yulan Transformer verifica il conteggio dei giri degli avvolgimenti con sfasamento e misura l'angolo di fase effettivo durante i test di fabbrica. Il valore misurato viene registrato nel rapporto di prova. La tolleranza tipica dell'angolo di fase è entro ±0,5°.

Per le disposizioni a due trasformatori, l'impedenza di cortocircuito di entrambe le unità deve essere mantenuta prossima. Una grande differenza di impedenza causa una condivisione non uniforme del carico e indebolisce l'effetto di cancellazione armonica.

Perdite e aumento della temperatura

Un trasformatore raddrizzatore a 12 impulsi elimina la maggior parte delle correnti armoniche di 5a e 7a, quindi le perdite aggiuntive dell'avvolgimento sono inferiori rispetto a un modello a 6 impulsi. Tuttavia, rimangono l'undicesima e la tredicesima armonica e il progetto prevede ancora un margine per le perdite per correnti parassite.

Il nucleo funziona con una densità di flusso inferiore a quella di un trasformatore di distribuzione standard. Ciò evita la saturazione causata da possibili componenti DC durante le condizioni transitorie. L'aumento della temperatura viene verificato nello spettro di corrente armonica specificato, non solo nella corrente sinusoidale.

Caratteristiche costruttive

Avvolgimenti

Le correnti lato valvola nelle applicazioni di raddrizzatori industriali spesso raggiungono diverse migliaia di ampere. Le unità di grandi dimensioni utilizzano conduttori trasposti o più conduttori paralleli. Le trasposizioni alle estremità dell'avvolgimento aiutano a equalizzare la distribuzione della corrente e a ridurre le perdite circolanti.

Disposizione principale

I conduttori secondari sono generalmente realizzati con barre di rame. La disposizione considera gli effetti di prossimità e il supporto meccanico. Sono comuni più boccole secondarie o morsettiere.

Schermatura del serbatoio

Il flusso armonico induce correnti parassite nelle pareti del serbatoio e nelle strutture di bloccaggio. Schermi magnetici o elettromagnetici sono installati sulla superficie interna del serbatoio per potenze maggiori. Ciò riduce le perdite disperse e previene il surriscaldamento locale.

Tocca Cambia

La commutazione sotto carico viene spesso utilizzata nel servizio del raddrizzatore per regolare la tensione secondaria e controllare l'uscita CC. Il commutatore aumenta la complessità della parte attiva e richiede spazio aggiuntivo all'interno del serbatoio.

Test di fabbrica

I test di routine includono la resistenza CC dell'avvolgimento, il rapporto di tensione, la resistenza di isolamento, la resistenza alla frequenza di alimentazione, la sovratensione indotta, la perdita a vuoto, la perdita di carico e l'impedenza di cortocircuito. Ulteriori test per i trasformatori raddrizzatori a 12 impulsi includono la misurazione dell'angolo di fase, il test di isolamento tra gli avvolgimenti lato valvola e la misurazione delle scariche parziali.

Per tensioni primarie di 35 kV o superiori, le prove dell'impulso di fulmine vengono eseguite secondo gli standard applicabili. Se specificato dall'acquirente, è possibile organizzare test di aumento della temperatura in condizioni di corrente armonica. I registri dei test vengono archiviati per numero di serie e possono essere ricondotti ai processi di avvolgimento e assemblaggio del nucleo.

Domande frequenti

Cos'è meglio per una nuova installazione: un trasformatore con doppio secondario o due trasformatori separati?

Per potenze inferiori, un singolo trasformatore con doppi avvolgimenti secondari è generalmente più economico e richiede meno spazio. Per potenze maggiori o quando la flessibilità di manutenzione è importante, sono preferibili due trasformatori separati. La decisione finale dovrebbe considerare anche i limiti di trasporto e la disponibilità di unità di riserva.

Un sistema a 12 impulsi elimina completamente le armoniche?

No. La 5a e la 7a armonica sono in gran parte cancellate, ma rimangono la 11a e la 13a. In pratica, alcuni componenti residui della 5a e 7a possono ancora apparire a causa dell'errore dell'angolo di fase o di carichi sbilanciati. Potrebbero essere necessari filtri passivi o attivi aggiuntivi per limiti armonici rigorosi.

È possibile aggiornare un'installazione a 6 impulsi a 12 impulsi?

Generalmente no. Lo sfasamento deve essere integrato negli avvolgimenti del trasformatore. L'adeguamento richiederebbe la sostituzione del trasformatore o l'aggiunta di un trasformatore di sfasamento separato. La seconda opzione può essere possibile in alcuni casi ma richiede un'attenta valutazione dell'adattamento dell'impedenza e dello spazio.

Come viene determinata la tensione secondaria?

Il produttore del raddrizzatore calcola la tensione lato valvola richiesta in base alla tensione di uscita CC, al circuito raddrizzatore, alla sovrapposizione di commutazione e all'impedenza del trasformatore. Il produttore del trasformatore progetta quindi l'avvolgimento secondario in modo che corrisponda a questa tensione. La modifica della tensione secondaria dopo l'approvazione del progetto può influenzare l'intero layout dell'avvolgimento.

Quale protezione è consigliata per i trasformatori raddrizzatori a 12 impulsi?

La protezione da sovracorrente standard potrebbe non funzionare correttamente a causa delle correnti armoniche. I relè di protezione dovrebbero includere la limitazione delle armoniche o essere selezionati specificatamente per il servizio del raddrizzatore. Per il trasformatore stesso si consigliano il monitoraggio della temperatura, relè del gas, indicatori del livello dell'olio e dispositivi di limitazione della pressione. Per le unità di grandi dimensioni è consigliabile il monitoraggio continuo della temperatura dell'avvolgimento e delle condizioni dell'olio.

Capacità di produzione

Yulan Transformer produce trasformatori per forni e trasformatori raddrizzatori dal 1999. L'azienda opera in condizioni di produzione e test di classe 110 kV, tra cui una capacità di sollevamento di 80 tonnellate, un sistema di essiccazione sotto vuoto in fase di vapore di cherosene da 400 kW, un sistema di prova a impulso da 1.200 kV e un trasformatore di prova della frequenza di alimentazione senza scarica parziale da 400 kV. Queste strutture supportano il processo di isolamento e la verifica in fabbrica di grandi trasformatori raddrizzatori industriali.

Per schemi di sfasamento specifici del progetto, calcoli delle perdite o disegni di massima, contattare l'ufficio tecnico di Yulan Transformer.