Transformator prostowniczy 12-impulsowy

Ograniczanie harmonicznych w układach prostowniczych zwykle rozpoczyna się od zwiększenia liczby impulsów. Prostownik 6-impulsowy generuje po stronie sieci harmoniczne niskiego rzędu (np. piąta i siódma), wpływając na jakość energii i zwiększając straty w sprzęcie. Zasilając dwa 6-pulsowe mostki prostownicze za pośrednictwem transformatora przesuwającego fazę — tworząc różnicę fazową 30° między ich stronami prądu przemiennego — uzyskuje się 12-impulsowy sygnał wyjściowy po stronie prądu stałego. Teoretycznie 5. i 7. harmoniczna znoszą się wzajemnie, pozostawiając 11. i 13. jako pierwotne harmoniczne resztkowe, co znacznie zmniejsza zawartość harmonicznych. 12-pulsowe transformatory prostownicze Yulan Transformer mają moc od 630 kVA do 80 000 kVA i napięcia znamionowe po stronie sieci, w tym 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV i 35 kV.

Konfiguracje strukturalne

Istnieją dwa typowe sposoby wdrożenia 12-impulsowego transformatora prostowniczego:

Metoda 1: Dwa niezależne transformatory

Dwa 6-pulsowe transformatory prostownicze zostały zaprojektowane z przesunięciem fazowym odpowiednio +15° i -15° i połączone równolegle w celu zasilania dwóch zestawów mostków prostowniczych. Taka konfiguracja zapewnia elastyczność układu — umożliwiając pracę jednej jednostki, podczas gdy druga przechodzi konserwację — ale wymaga większej powierzchni.

Metoda 2: Pojedynczy transformator z podwójnymi uzwojeniami

Pojedynczy transformator jest wyposażony w dwa zestawy uzwojeń po stronie zaworu – jedno połączone w gwiazdę i jedno połączone w trójkąt – naturalnie tworząc różnicę faz wynoszącą 30°. Ta konfiguracja jest zwarta, chociaż awaria pojedynczego urządzenia wpływa na całe obciążenie.

Użytkownicy mogą wybrać konfigurację w oparciu o dostępną przestrzeń w witrynie, strategie konserwacji i wymagania dotyczące niezawodności. Obie metody są równoważne pod względem skuteczności tłumienia harmonicznych.

Obowiązujące branże

Prostowniki 12-impulsowe są powszechnie stosowane w zastosowaniach, w których obowiązują ścisłe ograniczenia dotyczące harmonicznych sieci, w tym:

● Systemy zasilania trakcji komunikacji miejskiej

● Elektroliza metali nieżelaznych (np. aluminium i miedzi)

● Elektroliza chlorowo-alkaliczna w przemyśle chemicznym

● Zasilacze do elektrycznych pieców łukowych prądu stałego

● Linie produkcyjne do galwanizacji na dużą skalę

Obiekty przemysłowe muszą spełniać limity harmoniczne IEEE 519 lub GB/T 14549

Parametry danych

Konstrukcja uzwojenia z przesunięciem fazowym

Kąt przesunięcia fazowego osiąga się poprzez regulację konfiguracji połączenia uzwojenia. Typowe metody przesunięcia fazowego obejmują połączenia w rozszerzonym kształcie trójkąta i połączenia zygzakowate. Należy dokładnie obliczyć liczbę zwojów w uzwojeniach przesuwających fazę; nadmierne odchylenie kąta przesunięcia fazowego może zwiększyć prądy cyrkulacyjne pomiędzy dwoma mostkami prostowniczymi, pogarszając w ten sposób skuteczność eliminacji harmonicznych. Normy zazwyczaj wymagają, aby odchylenie kąta przesunięcia fazowego było kontrolowane w zakresie ± 0,5 °.

W przypadku konfiguracji obejmujących dwa oddzielne transformatory impedancja zwarciowa obu jednostek musi być ściśle dopasowana; nadmierne odchylenie prowadzi do nierównomiernego rozkładu obciążenia i zmniejsza zdolność tłumienia harmonicznych systemu 12-impulsowego. Yulan Transformer weryfikuje liczbę zwojów uzwojenia z przesunięciem fazowym dla każdej pojedynczej jednostki podczas procesów uzwojenia i montażu oraz mierzy rzeczywisty kąt przesunięcia fazowego podczas fabrycznych testów odbiorczych, zapisując wyniki w raporcie z testów.

Straty i wzrost temperatury

Podczas gdy 12-impulsowe transformatory prostownicze eliminują 5. i 7. harmoniczną – co skutkuje niższymi dodatkowymi stratami uzwojenia w porównaniu z systemami 6-impulsowymi – 11. i 13. harmoniczna pozostają zachowane. W związku z tym projekt musi nadal uwzględniać straty spowodowane prądami wirowymi. Robocza gęstość strumienia magnetycznego rdzenia jest utrzymywana na niższym poziomie niż w przypadku standardowych transformatorów rozdzielczych, aby zapobiec nasyceniu spowodowanemu polaryzacją prądu stałego podczas procesów przejściowych prostownika.

Straty obciążeniowe są nieco mniejsze niż w przypadku transformatorów 6-impulsowych o tej samej mocy, przy czym specyficzna różnica zależy od metody przesunięcia fazowego i konstrukcji uzwojenia. Klienci mogą poprosić o obliczenia strat i dane o szacunkowym wzroście temperatury na etapie propozycji technicznej.

Produkcja i testowanie

Po zmontowaniu część czynna jest poddawana obróbce w systemie suszenia próżniowego w fazie gazowej nafty. W przypadku jednostek o dużej wydajności uzwojenia po stronie zaworu wykorzystują przewody transponowane lub wiele równoległych przewodów, ze strukturami transpozycyjnymi wbudowanymi na końcach uzwojenia. Na wewnętrznych ściankach zbiornika zainstalowano ekranowanie magnetyczne — skonfigurowane zgodnie z wydajnością jednostki — w celu ograniczenia strat spowodowanych przez harmoniczne pola magnetyczne.

Oprócz elementów standardowych, fabryczne testy odbiorcze obejmują pomiar kąta przesunięcia fazowego, testy izolacji pomiędzy uzwojeniami po stronie zaworu i pomiar wyładowań niezupełnych. Dla jednostek o napięciu 35 kV i większym badania udarem piorunowym przeprowadza się zgodnie z obowiązującymi normami. Dane testowe są archiwizowane według numeru seryjnego, co zapewnia identyfikowalność aż do etapów uzwojenia i układania rdzenia.

Często zadawane pytania

P: Czy 12-impulsowy system transformatorów prostowniczych koniecznie wymaga dwóch transformatorów?

Nie koniecznie. Pojedynczy transformator wyposażony w dwa zestawy uzwojeń po stronie zaworu – jedno połączone w gwiazdę i jedno połączone w trójkąt – może osiągnąć przesunięcie fazowe o 30°, umożliwiając prostowanie 12-impulsowe. Alternatywnie, zastosowanie dwóch niezależnych transformatorów rozdziela funkcję przesunięcia fazowego na dwie jednostki, ułatwiając oddzielną obsługę i konserwację.

P: Jak dokładność kąta przesunięcia fazowego wpływa na system?

Odchylenia kąta przesunięcia fazowego zakłócają symetrię pomiędzy dwoma mostkami prostowniczymi, powodując brak równowagi po stronie prądu stałego i uniemożliwiając całkowite wyeliminowanie 5. i 7. harmonicznej po stronie sieci. Gdy odchylenie jest kontrolowane w zakresie ± 0,5°, skuteczność tłumienia harmonicznych zasadniczo spełnia wymagania inżynieryjne.

P: O ile wyższy jest koszt systemu 12-impulsowego w porównaniu z systemem 6-impulsowym?

Wzrost kosztów wynika przede wszystkim ze złożoności projektowania i produkcji uzwojeń z przesunięciem fazowym. Konfiguracja jednoelementowa z podwójnym uzwojeniem kosztuje od 15% do 25% więcej niż transformator 6-impulsowy o tej samej mocy; niezależna konfiguracja składająca się z dwóch jednostek wiąże się również z dodatkowymi kosztami w zakresie rozdzielnicy i powierzchni użytkowej. Jednakże oszczędności na sprzęcie filtrującym i kosztach konserwacji mogą w niektórych projektach zrównoważyć różnicę w cenie.

P: Czy istniejący system 6-impulsowy można zamontować w systemie 12-impulsowym?

Możliwości modernizacji są ograniczone. Jeżeli oryginalny transformator zawiera już uzwojenia z przesunięciem fazowym lub konstrukcję z podwójnym uzwojeniem, konwersję można osiągnąć poprzez dostosowanie okablowania zewnętrznego. W przeciwnym razie transformator należy wymienić, ponieważ uzwojenia przesuwające fazę muszą zostać włączone na etapie produkcyjnym.

P: Dla jakich zakresów mocy nadają się 12-impulsowe transformatory prostownicze?

Dostępne są konstrukcje dla mocy powyżej 630 kVA. Konstrukcja z pojedynczym modułem i podwójnym uzwojeniem jest bardziej ekonomiczna w przypadku niższych mocy, podczas gdy w przypadku wyższych wydajności często preferowana jest konfiguracja niezależnego transformatora z dwoma jednostkami, aby ułatwić transport i konserwację. Konkretny wybór zależy od układu projektu i wymagań dotyczących niezawodności.

Możliwości inżynieryjne

Yulan Transformer produkuje transformatory do pieców elektrycznych i transformatory prostownikowe od 1999 roku, posiadające możliwości wytwarzania i testowania produktów o napięciu znamionowym 110 kV i niższym. Kluczowe wyposażenie obejmuje udźwig 80 ton, system suszenia próżniowego w fazie gazowej nafty o mocy 400 kW, sprzęt do testowania impulsów 1200 kV oraz transformator testowy częstotliwości energetycznej 400 kV, bez częściowego rozładowania. Urządzenia te umożliwiają firmie spełnienie wymagań dotyczących przetwarzania izolacji i fabrycznych testów odbiorczych dla 12-impulsowych transformatorów prostowniczych o dużej mocy. Prosimy o kontakt z działem technicznym Yulan Transformer w celu uzyskania rozwiązań w zakresie przesunięcia fazowego dostosowanych do konkretnego projektu, raportów z obliczeń strat lub rysunków poglądowych.