Trasformatore raddrizzatore di potenza industriale a 24 impulsi

Gli impianti industriali con grandi carichi CC spesso devono affrontare severi limiti di armoniche secondo IEEE 519 o codici di rete regionali. Un raddrizzatore a 12 impulsi rimuove la 5a e la 7a armonica ma lascia presenti l'11a e la 13a. Una disposizione a 24 impulsi estende il concetto di sfasamento in modo che le correnti armoniche dominanti sul lato primario inizino dal 23° ordine. Yulan Transformer fornisce trasformatori raddrizzatori di potenza industriali a 24 impulsi da 630 kVA a 80.000 kVA, con tensioni primarie di 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV o 35 kV.

Logica di cancellazione armonica

Un sistema a 24 impulsi utilizza quattro ponti raddrizzatori a 6 impulsi. I trasformatori che alimentano questi ponti sono sfasati in modo che le tensioni in ingresso al ponte siano separate di 15° l'una dall'altra. Sul lato primario, le correnti armoniche di 5a, 7a, 11a e 13a si annullano in gran parte. Le restanti armoniche caratteristiche iniziano al 23° ordine, che hanno un'ampiezza molto più bassa e sono più facili da filtrare se necessario.

Il risultato è una forma d'onda della corrente primaria più pulita e una distorsione di tensione ridotta nel punto di accoppiamento comune. Ciò può eliminare la necessità di grandi banchi di filtri passivi in ​​molte applicazioni.

Configurazioni di sfasamento

Le combinazioni di sfasamento più comuni per il funzionamento a 24 impulsi sono:

Ponte	Sfasamento (esempio)
Ponte 1	+7,5°
Ponte 2	-7,5°
Ponte 3	+22,5°
Ponte 4	-22,5°

A seconda del design del sistema vengono utilizzate anche altre combinazioni come 0°, 15°, 30° e 45°. Il set esatto viene determinato dal produttore del raddrizzatore o dall'ingegnere elettrico del progetto.

Disposizioni di sistema

Quattro trasformatori indipendenti

Ogni trasformatore alimenta un ponte raddrizzatore ed è costruito con uno specifico sfasamento. La manutenzione è flessibile poiché è possibile rimuovere un'unità mentre le altre tre continuano a funzionare a carico ridotto. Lo svantaggio è un ingombro maggiore e un numero maggiore di collegamenti al quadro.

Due trasformatori a doppio secondario

Ogni trasformatore contiene due avvolgimenti lato valvola con diversi sfasamenti. Ad esempio, un'unità fornisce +7,5° e -7,5° e l'altra fornisce +22,5° e -22,5°. Ciò riduce il numero delle apparecchiature e lo spazio a pavimento rispetto all'opzione a quattro unità.

Trasformatore singolo multiavvolgimento

Un trasformatore ospita quattro avvolgimenti lato valvola, ciascuno con un angolo di fase diverso. Ciò consente di risparmiare più spazio ma significa che un singolo guasto del trasformatore interrompe l'intero sistema di raddrizzatore. Anche la complessità della produzione è maggiore.

Le prestazioni di cancellazione armonica sono equivalenti tra queste disposizioni. La disposizione del sito, le esigenze di ridondanza e i vincoli di trasporto di solito determinano quale viene selezionato.

Specifiche tecniche

Articolo	Parametro
Norme applicabili	IEC, GB, ANSI/IEEE, NEMA e specifiche specifiche del settore
Capacità nominale	Da 630 kVA a 80.000 kVA
Tensione nominale primaria	6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV o 35 kV
Tensione secondaria	Determinato dal circuito raddrizzatore, comunemente da 380 V a 3000 V
Frequenza nominale	50 Hz o 60 Hz
Fase	Trifase
Combinazione di sfasamento	±7,5°/±22,5° o altri set specificati dal progetto
Connessione primaria	Delta o stella
Collegamento secondario	Wye, delta, multi-avvolgimento o zigzag
Impedenza di cortocircuito	Dal 6% al 12% o come specificato
Metodo di raffreddamento	ONAN, ONAF o OFWF
Regolazione della tensione	Cambio della presa fuori circuito o sotto carico

Considerazioni sulla progettazione per unità a 24 impulsi

Precisione dell'angolo di fase

La cancellazione armonica dipende dalle posizioni relative di fase dei quattro ponti. Una deviazione in un qualsiasi insieme di avvolgimenti riduce la cancellazione della corrispondente coppia armonica. Yulan Transformer verifica il conteggio delle spire di ciascun avvolgimento di sfasamento e misura gli angoli di fase effettivi durante i test di fabbrica. La tolleranza è mantenuta entro ±0,5°.

Corrispondenza di impedenza

Quando più trasformatori formano un sistema a 24 impulsi, le loro impedenze di cortocircuito devono essere strettamente abbinate. Grandi differenze di impedenza causano una condivisione non uniforme della corrente tra i ponti, che indebolisce la soppressione delle armoniche e può sovraccaricare un ponte. La tolleranza dell'impedenza è definita in fase di progettazione e verificata tramite test.

Avvolgimento e nucleo

Le correnti lato valvola sono spesso elevate e richiedono conduttori trasposti o più conduttori paralleli. Il nucleo funziona al di sotto della densità di flusso di un trasformatore di distribuzione standard per evitare la saturazione dovuta ai componenti CC transitori. Il progetto dell'avvolgimento prevede un margine per le perdite per correnti parassite causate dalle restanti correnti armoniche della 23a e 25a.

Schermatura del serbatoio

Il flusso di dispersione 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 valori maggiori per ridurre le perdite vaganti e prevenire punti caldi.

Test di fabbrica

I test di routine riguardano 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. Per le unità a 24 impulsi, le misurazioni aggiuntive includono:

● Verifica dell'angolo di fase per ciascun set di avvolgimento lato valvola

● Test di isolamento tra diversi avvolgimenti lato valvola

● Misurazione delle scariche parziali

● Prova ad impulso di fulmine per tensioni primarie di 35 kV e superiori

È possibile organizzare test di aumento della temperatura sotto uno spettro di corrente armonica specificato quando l'acquirente fornisce il profilo di carico previsto. I dati dei test vengono archiviati per numero di serie e tracciati nei registri degli avvolgimenti e dei nuclei.

Domande frequenti

Quanta riduzione armonica fornisce la modalità a 24 impulsi rispetto alla modalità a 12 impulsi?

Un sistema a 12 impulsi lascia tipicamente l'undicesima e la tredicesima armonica come componenti dominanti. Un sistema a 24 impulsi cancella anche questi, quindi le armoniche della corrente primaria iniziano dal 23° ordine. La distorsione totale della corrente armonica spesso scende da circa l'8% al 10% per 12 impulsi a meno del 4% per 24 impulsi, a seconda delle condizioni di carico e impedenza.

Il sistema a 24 impulsi è sempre più costoso del modello a 12 impulsi?

La parte del trasformatore è più costosa a causa degli avvolgimenti sfasati aggiuntivi o delle unità aggiuntive. Tuttavia, il costo dei filtri passivi può essere molto inferiore e in alcuni progetti il ​​costo totale di installazione è comparabile o addirittura inferiore se si includono i risparmi sui filtri. Un confronto dettagliato dovrebbe considerare il costo delle apparecchiature, la superficie e la manutenzione continua dei componenti del filtro.

Cosa succede se un trasformatore in una disposizione di quattro unità si guasta?

Le restanti tre unità possono continuare a funzionare, ma il set di sfasamento non è più bilanciato. Alcune armoniche di ordine inferiore riappariranno sul lato primario. Il sistema deve funzionare a carico ridotto finché l'unità guasta non viene riparata o sostituita. Con un singolo trasformatore multi-avvolgimento, un guasto interessa l'intero sistema raddrizzatore.

È possibile aggiornare un'installazione a 12 impulsi a 24 impulsi?

Non facilmente. Gli sfasamenti aggiuntivi devono essere integrati negli avvolgimenti del trasformatore. L'adeguamento richiederebbe l'aggiunta di uno o più trasformatori sfasatori o la sostituzione delle unità esistenti. Lo spazio, l'adattamento dell'impedenza e la complessità della connessione richiedono un'attenta valutazione prima di impegnarsi in un simile cambiamento.

I sistemi a 24 impulsi necessitano ancora di filtri armonici?

In molti casi no, ma ciò dipende dai requisiti della rete e dalla quantità di corrente residua armonica della 23a e 25a. Per limiti molto stringenti o quando il carico è sbilanciato è comunque possibile installare piccole diramazioni filtranti. Le loro dimensioni e il loro costo sono di gran lunga inferiori a quelli richiesti per le configurazioni a 6 o 12 impulsi.

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 dei trasformatori raddrizzatori a 24 impulsi multi-avvolgimento.

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