Trasformatore raddrizzatore multisplit

Nei sistemi per elettrolisi, galvanica e azionamenti CC su larga scala, la corrente CC sul lato valvola può raggiungere decine di migliaia di ampere. L'utilizzo di un avvolgimento lato valvola a percorso singolo determina una sezione trasversale del conduttore eccessivamente grande, rendendo difficile l'avvolgimento e l'uscita del terminale, aumentando al tempo stesso il rischio di surriscaldamento localizzato all'aumentare della corrente. I trasformatori raddrizzatori multisplit dividono l'avvolgimento lato valvola in più rami indipendenti, ciascuno dei quali alimenta un diverso ponte raddrizzatore; ciò riduce la corrente per ramo e migliora la flessibilità operativa del sistema. Yulan Transformer produce trasformatori raddrizzatori multi-split con capacità che vanno da 630 kVA a 80.000 kVA e tensioni lato rete di 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV e 35 kV.

Funzione della struttura divisa

La suddivisione dell'avvolgimento lato valvola riduce la corrente in ciascun ramo, diminuendo così la sezione trasversale del conduttore richiesta e le specifiche delle sbarre terminali, il che semplifica la produzione. I rami divisi sono accoppiati tramite il circuito magnetico del nucleo, creando una specifica "impedenza di divisione". Questa impedenza limita l'impatto di un cortocircuito in un ramo sugli altri e sopprime le correnti circolanti tra i ponti raddrizzatori.

Negli alimentatori CC per elettrolisi, la struttura multi-split è spesso combinata con una configurazione "in fase inversa-parallela". Gli avvolgimenti separati adiacenti condividono la stessa fase di tensione ma hanno direzioni di uscita opposte, causando l'annullamento reciproco dei campi magnetici; ciò riduce il flusso di perdita dalle fessure e le perdite parassite nei componenti strutturali.

Configurazioni di divisione comuni

Doppia suddivisione

L'avvolgimento lato valvola è diviso in due rami indipendenti, ciascuno collegabile ad un ponte raddrizzatore separato. La struttura a doppia suddivisione è la configurazione più semplice ed è comunemente utilizzata per elettrolisi di media capacità o alimentatori galvanici.

Triplo e quadruplo

L'avvolgimento lato valvola è diviso in tre o quattro rami, adatti per applicazioni che richiedono correnti più elevate o più uscite CC. Ogni ramo può essere commutato in modo indipendente, consentendo ai rami rimanenti di continuare a funzionare anche se una parte del carico è disconnessa.

Divisione assiale e divisione radiale

La suddivisione assiale comporta la disposizione di segmenti di avvolgimento ad alta e bassa tensione lungo l'altezza del lembo del nucleo, mentre la suddivisione radiale comporta la formazione di più strati di avvolgimento nella direzione radiale. Questi due metodi determinano diverse distribuzioni di impedenza e flusso di dispersione; la scelta dipende dai parametri del raddrizzatore e dai requisiti di cortocircuito. Specifiche tecniche

Parametro dell'articolo

Sfide di progettazione

Controllo dell'impedenza divisa

L'entità dell'impedenza divisa influisce direttamente sulla distribuzione della corrente tra i ponti raddrizzatori e sui livelli di corrente di cortocircuito. Se l'impedenza è troppo bassa, durante un guasto a ramo singolo si verificano fluttuazioni di corrente significative in altri rami; se troppo elevato, le perdite aumentano e le prestazioni di regolazione della tensione di uscita CC peggiorano. La progettazione richiede il raggiungimento dei valori target attraverso la disposizione degli avvolgimenti e le regolazioni delle dimensioni geometriche, in base all'intervallo di impedenza specificato dal produttore del raddrizzatore.

Uscita ad alta corrente

La corrente totale lato valvola può raggiungere decine di migliaia di ampere; anche dopo lo sdoppiamento la corrente in un unico ramo rimane molto elevata. Le uscite utilizzano tipicamente più sbarre collettrici in rame parallele; sono necessarie misure di spaziatura e trasposizione uniformi per garantire una distribuzione uniforme della corrente sulle sbarre parallele ed evitare surriscaldamenti localizzati. Alcuni prodotti sono dotati di morsettiere di ampia superficie sulla parete laterale del serbatoio per ridurre al minimo la resistenza di contatto.

Flusso di dispersione e riscaldamento dei componenti strutturali

Gli avvolgimenti ad alta corrente generano intensi campi magnetici di dispersione, inducendo correnti parassite nelle strutture di bloccaggio, nelle piastre di collegamento e nelle pareti del serbatoio. I progetti multisplit spesso richiedono una schermatura magnetica sulle pareti interne del serbatoio, nonché morsetti a fessura o l'uso di materiali non magnetici, per ridurre le perdite vaganti. Selezione del metodo di raffreddamento

I trasformatori raddrizzatori multi-split di grande capacità utilizzano generalmente il raffreddamento ad acqua con olio forzato (OFWF) o il raffreddamento ad aria con olio forzato (OFAF). La scelta del dispositivo di raffreddamento deve tenere conto del calore aggiuntivo generato dalle perdite indotte dalle armoniche; i calcoli termici non possono basarsi esclusivamente su stime basate su correnti sinusoidali a frequenza industriale.

Produzione e test

Gli avvolgimenti vengono avvolti utilizzando conduttori trasposti o più conduttori paralleli, con affidabili barriere isolanti poste tra i rami divisi. Dopo l'assemblaggio, la parte attiva viene sottoposta a lavorazione in un sistema di essiccazione sotto vuoto in fase di vapore di cherosene per rimuovere completamente umidità e gas dai componenti isolanti.

Oltre ai test standard di fabbrica, vengono condotte misurazioni per l'impedenza divisa tra i rami, la resistenza di isolamento tra i rami e i livelli di tensione di resistenza. Per i prodotti con tensione nominale pari o superiore a 35 kV, vengono eseguiti test sugli impulsi di fulmine e misurazioni delle scariche parziali. I requisiti specifici includono test di aumento della temperatura per ciascun ramo diviso per verificare l'aumento della temperatura del punto caldo con correnti armoniche nominali.

I dati dei test vengono archiviati in base al numero di serie, garantendo la tracciabilità dei processi di avvolgimento, impilamento delle anime e essiccazione. L'azienda possiede le certificazioni ISO 9001:2015, ISO 14001 e ISO 45001.

Domande frequenti

D: Qual è la relazione tra "multi-split" e "multiplexing"?

"Multi-split" si riferisce a un progetto strutturale in cui l'avvolgimento lato valvola è diviso in più rami capaci di alimentazione indipendente. "Multiplexing" si riferisce all'uso dello sfasamento per creare differenze di fase tra i ponti raddrizzatori, eliminando così le armoniche lato rete. I due concetti possono essere combinati; ad esempio, un trasformatore dual-split potrebbe fornire alimentazione a due ponti a 6 impulsi separatamente, con lo sfasamento applicato per formare un sistema a 12 impulsi.

D: Come viene generalmente determinata l'impedenza divisa?

I valori dell'impedenza divisa sono specificati dal produttore del raddrizzatore o dal progettista del sistema, in base principalmente alle limitazioni della corrente di cortocircuito, al controllo della corrente circolante tra ponti paralleli e ai requisiti di regolazione della tensione CC. Il produttore del trasformatore regola la disposizione degli avvolgimenti e le dimensioni del condotto di raffreddamento per soddisfare l'impedenza target, verificando successivamente il progetto tramite test.

D: Quali sono i vantaggi della connessione in parallelo inverso in fase? 

Collegando avvolgimenti divisi adiacenti in una configurazione antiparallela, le direzioni della corrente vengono rese opposte, provocando l'annullamento reciproco dei campi magnetici di dispersione risultanti; ciò riduce significativamente il flusso di perdita dalle cave, il riscaldamento dei componenti strutturali e le forze elettromagnetiche sugli avvolgimenti. Questo design è ampiamente utilizzato nei trasformatori raddrizzatori a bassa tensione e ad alta corrente per applicazioni elettrolitiche.

D: I singoli rami di un trasformatore multisplit possono funzionare in modo indipendente?

SÌ. I rami lato valvola sono elettricamente indipendenti, consentendo l'attivazione o la disattivazione separata dei relativi ponti raddrizzatori. Quando alcuni rami vengono messi fuori servizio, l'avvolgimento lato rete e il nucleo rimangono operativi; tuttavia, è necessario prestare attenzione per garantire che il carico sui rami rimanenti non superi i limiti di progettazione.

D: Come dovrebbe essere mantenuto il sistema di raffreddamento dell'acqua a circolazione forzata dell'olio?

Il sistema di raffreddamento ad acqua richiede un'ispezione regolare per individuare eventuali perdite nelle tubazioni dell'acqua di raffreddamento e il monitoraggio della pressione differenziale tra i circuiti dell'acqua e dell'olio per impedire l'ingresso di acqua nell'olio. Le incrostazioni interne nei raffreddatori possono compromettere la dissipazione del calore; i programmi di pulizia dovrebbero essere determinati in base alla qualità dell'acqua. Prima che il trasformatore venga alimentato, è necessario avviare innanzitutto il sistema di raffreddamento; allo spegnimento, il sistema di raffreddamento dovrebbe essere l’ultimo a fermarsi.

Scenari applicativi

I trasformatori raddrizzatori multisplit vengono utilizzati principalmente in ambienti industriali che richiedono alimentazione CC ad alta corrente, come:

● Laboratori elettrolitici su larga scala per alluminio, rame e zinco

● Celle elettrolitiche a membrana a scambio ionico cloro-alcali

● Forni di grafitizzazione e forni elettrici ad arco in corrente continua

● Linee di produzione galvanica automatizzate su larga scala

● Sistemi di alimentazione CC per la fusione di metalli non ferrosi

Queste applicazioni richiedono elevata affidabilità, distribuzione uniforme della corrente e facilità di manutenzione, aree in cui la struttura multisplit offre vantaggi significativi.