Przemysłowy 12-pulsowy transformator prostowniczy mocy

Dlaczego 12-pulsowy zamiast 6-pulsowy

Prostownik 6-impulsowy pobiera z zasilania znaczące prądy 5. i 7. harmonicznej. Harmoniczne te zwiększają straty uzwojenia, powodują zniekształcenia napięcia i często wymagają zewnętrznego filtrowania. System 12-impulsowy wykorzystuje dwa mostki 6-impulsowe zasilane napięciami z przesunięciem fazowym. Gdy przesunięcie fazowe wynosi 30°, prądy 5. i 7. harmonicznej znoszą się po stronie pierwotnej. Pozostałe dominujące harmoniczne to 11. i 13., które są łatwiejsze w zarządzaniu i mają mniejsze amplitudy.

Takie podejście jest powszechne w zakładach przemysłowych, gdzie limity harmonicznych są określone w normie IEEE 519 lub podobnych normach sieciowych. Stosuje się go również wtedy, gdy obciążenie prostownika jest na tyle duże, że same filtry harmonicznych byłyby kosztowne.

Konfiguracje systemu

Przemysłowe 12-pulsowe transformatory prostownicze mocy są dostarczane w dwóch głównych konfiguracjach.

Dwa oddzielne transformatory

Zbudowane są dwa transformatory 6-impulsowe z przesunięciem fazowym +15° i -15°. Każdy zasila jeden mostek prostowniczy. Dzięki takiemu rozwiązaniu jedna jednostka może zostać wycofana z eksploatacji w celu konserwacji, podczas gdy druga kontynuuje pracę przy zmniejszonym obciążeniu. Upraszcza również transport w przypadku bardzo dużych ocen.

Pojedynczy transformator z podwójnym uzwojeniem wtórnym

Jeden transformator zawiera dwa uzwojenia po stronie zaworu, jedno połączone w gwiazdę i jedno w trójkąt. Naturalna różnica faz wynosząca 30° tworzy efekt 12 impulsów. Taka konstrukcja pozwala zaoszczędzić miejsce na podłodze i zmniejsza liczbę połączeń rozdzielnicy pierwotnej, ale pojedyncza awaria wpływa na cały system prostownika.

Obie konfiguracje zapewniają porównywalną eliminację harmonicznych. Wybór zależy od układu lokalizacji, strategii konserwacji i wymagań dotyczących nadmiarowości.

Typowe zastosowania przemysłowe

● Instalacje do elektrolizy aluminium, miedzi i cynku

● Elektroliza chloro-alkaliczna w zakładach chemicznych

● Piece łukowe prądu stałego i piece z łukiem krytym

● Duże linie galwaniczne i anodujące

● Zasilanie trakcji systemów kolei miejskiej

● Przemysłowe napędy prądu stałego o dużej mocy

Dane techniczne

Dokładność przesunięcia fazowego

Przesunięcie fazowe jest wytwarzane przez wydłużone połączenia uzwojenia w kształcie trójkąta lub zygzaka. Należy dokładnie obliczyć liczbę zwojów w uzwojeniu przesuwającym fazę. Jeżeli kąt fazowy odbiega od wartości projektowej, pomiędzy obydwoma mostkami prostowniczymi pojawiają się prądy cyrkulacyjne. Zmniejsza to tłumienie 5. i 7. harmonicznej i zwiększa straty.

Podczas produkcji Yulan Transformer weryfikuje liczbę zwojów uzwojeń przesuwających fazę i mierzy rzeczywisty kąt fazowy podczas testów fabrycznych. Zmierzona wartość jest zapisywana w protokole testu. Typowa tolerancja kąta fazowego mieści się w granicach ±0,5°.

W przypadku układów z dwoma transformatorami impedancja zwarciowa obu jednostek musi być zbliżona. Duża różnica impedancji powoduje nierówny podział obciążenia i osłabia efekt eliminacji harmonicznych.

Straty i wzrost temperatury

Transformator prostowniczy 12-impulsowy eliminuje większość prądów 5. i 7. harmonicznej, dzięki czemu dodatkowe straty uzwojenia są mniejsze niż w konstrukcji 6-impulsowej. Jednakże 11. i 13. harmoniczna pozostają, a projekt nadal uwzględnia margines strat spowodowanych prądami wirowymi.

Rdzeń pracuje przy gęstości strumienia niższej niż standardowy transformator rozdzielczy. Pozwala to uniknąć nasycenia spowodowanego możliwymi składowymi prądu stałego w warunkach przejściowych. Wzrost temperatury jest weryfikowany w ramach określonego widma prądu harmonicznego, a nie tylko prądu sinusoidalnego.

Cechy konstrukcyjne

Uzwojenia

Prądy po stronie zaworu w prostownikach przemysłowych często osiągają kilka tysięcy amperów. W dużych jednostkach stosuje się przewody transponowane lub wiele przewodów równoległych. Transpozycje na końcach uzwojeń pomagają wyrównać rozkład prądu i zmniejszyć straty w obiegu.

Układ wiodący

Przewody wtórne są zwykle wykonane z prętów miedzianych. Układ uwzględnia efekty zbliżeniowe i wsparcie mechaniczne. Często występuje wiele wtórnych tulei lub listew zaciskowych.

Osłona zbiornika

Strumień harmoniczny indukuje prądy wirowe w ścianach zbiornika i konstrukcjach zaciskowych. W przypadku większych wartości znamionowych na wewnętrznej powierzchni zbiornika instaluje się osłony magnetyczne lub ekrany elektromagnetyczne. Zmniejsza to straty bezpańskie i zapobiega miejscowemu przegrzaniu.

Kliknij zmieniacz

Zmiana zaczepów pod obciążeniem jest często stosowana w prostowniku do regulacji napięcia wtórnego i sterowania mocą wyjściową prądu stałego. Przełącznik zaczepów zwiększa złożoność części aktywnej i wymaga dodatkowej przestrzeni wewnątrz zbiornika.

Testowanie fabryczne

Rutynowe testy obejmują rezystancję uzwojenia prądu stałego, przekładnię napięciową, rezystancję izolacji, wytrzymywaną częstotliwość sieciową, indukowane przepięcie, utratę obciążenia bez obciążenia, utratę obciążenia i impedancję zwarciową. Dodatkowe testy transformatorów prostowniczych 12-impulsowych obejmują pomiar kąta fazowego, test izolacji pomiędzy uzwojeniami po stronie zaworu i pomiar wyładowań niezupełnych.

Dla napięć pierwotnych 35 kV i wyższych badania udarem piorunowym wykonuje się zgodnie z obowiązującymi normami. Na życzenie kupującego można przeprowadzić badania wzrostu temperatury w warunkach prądu harmonicznego. Zapisy testów są archiwizowane według numeru seryjnego i można je powiązać z procesami montażu uzwojeń i rdzenia.

Często zadawane pytania

Co jest lepsze dla nowej instalacji: jeden podwójny transformator wtórny czy dwa oddzielne transformatory?

W przypadku mniejszych wartości znamionowych pojedynczy transformator z podwójnym uzwojeniem wtórnym jest zwykle bardziej ekonomiczny i wymaga mniejszej powierzchni. W przypadku większych wartości znamionowych lub gdy ważna jest elastyczność konserwacji, preferowane są dwa oddzielne transformatory. Ostateczna decyzja powinna również uwzględniać ograniczenia transportowe i dostępność jednostek zapasowych.

Czy system 12-impulsowy całkowicie eliminuje harmoniczne?

Nie. Piąta i siódma harmoniczna są w dużej mierze anulowane, ale 11. i 13. harmoniczne pozostają. W praktyce niektóre resztkowe składowe 5. i 7. mogą nadal pojawiać się z powodu błędu kąta fazowego lub niezrównoważonych obciążeń. W przypadku ścisłych limitów harmonicznych mogą być wymagane dodatkowe filtry pasywne lub aktywne.

Czy instalację 6-impulsową można rozbudować do 12-impulsowej?

Generalnie nie. Przesunięcie fazowe musi być wbudowane w uzwojenia transformatora. Modernizacja wymagałaby wymiany transformatora lub dodania oddzielnego transformatora przesuwającego fazę. Druga opcja może być możliwa w niektórych przypadkach, ale wymaga dokładnej oceny dopasowania impedancji i przestrzeni.

Jak określa się napięcie wtórne?

Producent prostownika oblicza wymagane napięcie po stronie zaworu na podstawie napięcia wyjściowego prądu stałego, obwodu prostownika, nakładania się komutacji i impedancji transformatora. Następnie producent transformatora projektuje uzwojenie wtórne tak, aby pasowało do tego napięcia. Zmiana napięcia wtórnego po zatwierdzeniu projektu może mieć wpływ na cały układ uzwojenia.

Jakie zabezpieczenie jest zalecane dla transformatorów prostowniczych 12-impulsowych?

Standardowe zabezpieczenie nadprądowe może działać nieprawidłowo z powodu prądów harmonicznych. Przekaźniki ochronne powinny obejmować ograniczanie harmonicznych lub być wybrane specjalnie do pracy w prostowniku. Dla samego transformatora zaleca się monitorowanie temperatury, przekaźniki gazowe, wskaźniki poziomu oleju i urządzenia nadmiarowe ciśnienia. W przypadku dużych jednostek zaleca się ciągłe monitorowanie temperatury uzwojeń i stanu oleju.

Możliwości produkcyjne

Yulan Transformer produkuje transformatory piecowe i transformatory prostownikowe od 1999 roku. Firma działa w warunkach produkcyjnych i testowych klasy 110 kV, obejmujących udźwig 80 ton, system suszenia próżniowego w fazie lotnej nafty o mocy 400 kW, system testowania impulsowego 1200 kV oraz transformator testowy częstotliwości swobodnej mocy 400 kV. Urządzenia te wspomagają obróbkę izolacji i weryfikację fabryczną dużych przemysłowych transformatorów prostowniczych.

W sprawie schematów przesunięć fazowych dostosowanych do projektu, obliczeń strat lub rysunków poglądowych należy skontaktować się z działem technicznym Yulan Transformer.