Transformator prostowniczy z wieloma podziałami

W systemach elektrolizy, galwanizacji i wielkogabarytowych napędach prądu stałego prąd stały po stronie zaworu może osiągnąć dziesiątki tysięcy amperów. Stosowanie uzwojenia jednościeżkowego po stronie zaworu skutkuje zbyt dużym przekrojem przewodu, co utrudnia wyprowadzenie uzwojenia i zacisków, a jednocześnie zwiększa ryzyko miejscowego przegrzania w miarę wzrostu prądu. Transformatory prostownicze typu multi-split dzielą uzwojenie po stronie zaworu na kilka niezależnych gałęzi, z których każda zasila inny mostek prostowniczy; zmniejsza to prąd na odgałęzienie i zwiększa elastyczność operacyjną systemu. Yulan Transformer produkuje transformatory prostownicze typu multi-split o mocach od 630 kVA do 80 000 kVA i napięciach znamionowych po stronie sieci 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV i 35 kV.

Funkcja struktury podzielonej

Podział uzwojenia po stronie zaworu zmniejsza prąd w każdej gałęzi, zmniejszając w ten sposób wymagany przekrój poprzeczny przewodu i parametry szyny zaciskowej, co upraszcza produkcję. Rozdzielone gałęzie są połączone poprzez obwód magnetyczny rdzenia, tworząc specyficzną „impedancję rozdzieloną”. Impedancja ta ogranicza wpływ zwarcia w jednej gałęzi na pozostałe oraz tłumi prądy krążące pomiędzy mostkami prostowniczymi.

W zasilaczach prądu stałego do elektrolizy strukturę typu multi-split często łączy się z konfiguracją „w fazie odwrotno-równoległą”. Sąsiednie rozdzielone uzwojenia mają tę samą fazę napięcia, ale mają przeciwne kierunki wyprowadzeń, co powoduje wzajemne znoszenie się pól magnetycznych; zmniejsza to strumień wycieków w szczelinach i straty błądzące w elementach konstrukcyjnych.

Typowe konfiguracje podziału

Podwójny podział

Uzwojenie po stronie zaworu jest podzielone na dwie niezależne gałęzie, z których każdą można podłączyć do osobnego mostka prostowniczego. Struktura z podwójnym podziałem jest najprostszą konfiguracją i jest powszechnie stosowana w zasilaczach do elektrolizy lub galwanizacji o średniej wydajności.

Potrójny podział i poczwórny podział

Uzwojenie po stronie zaworu jest podzielone na trzy lub cztery gałęzie, odpowiednie do zastosowań wymagających wyższych prądów lub wielu wyjść DC. Każde odgałęzienie można przełączać niezależnie, dzięki czemu pozostałe odgałęzienia mogą kontynuować pracę nawet w przypadku odłączenia części obciążenia.

Podział osiowy i podział promieniowy

Podział osiowy polega na ułożeniu segmentów uzwojenia wysokiego i niskiego napięcia wzdłuż wysokości ramienia rdzenia, natomiast podział promieniowy polega na utworzeniu wielu warstw uzwojenia w kierunku promieniowym. Te dwie metody powodują różne rozkłady impedancji i strumienia upływu; wybór zależy od parametrów prostownika i wymagań zwarciowych. Dane techniczne

Parametr pozycji

Wyzwania projektowe

Kontrola impedancji dzielonej

Wielkość podzielonej impedancji wpływa bezpośrednio na rozkład prądu pomiędzy mostkami prostowniczymi i poziomy prądu zwarciowego. Jeśli impedancja jest zbyt niska, podczas zwarcia w jednej gałęzi występują znaczne wahania prądu w innych gałęziach; jeśli jest zbyt wysoka, straty rosną i wydajność regulacji napięcia wyjściowego DC ulega pogorszeniu. Projekt wymaga osiągnięcia wartości docelowych poprzez ustawienie uzwojeń i dostosowanie wymiarów geometrycznych w oparciu o zakres impedancji określony przez producenta prostownika.

Wyjście wysokoprądowe

Całkowity prąd po stronie zaworu może osiągnąć dziesiątki tysięcy amperów; nawet po rozdzieleniu prąd w jednej gałęzi pozostaje bardzo wysoki. Wyprowadzenia zazwyczaj wykorzystują wiele równoległych szyn miedzianych; wymagane są jednolite odstępy i środki transpozycji, aby zapewnić równomierny rozkład prądu na równoległych szynach i zapobiec miejscowemu przegrzaniu. Niektóre produkty posiadają wielkopowierzchniowe tablice zaciskowe na bocznej ścianie zbiornika, aby zminimalizować opór stykowy.

Strumień wycieku i ogrzewanie elementów konstrukcyjnych

Uzwojenia wysokoprądowe wytwarzają intensywne pola magnetyczne rozproszenia, indukując prądy wirowe w konstrukcjach zaciskowych, płytach łączących i ścianach zbiorników. Konstrukcje typu multi-split często wymagają ekranowania magnetycznego na wewnętrznych ściankach zbiornika, a także zacisków szczelinowych lub zastosowania materiałów niemagnetycznych, aby zmniejszyć straty błądzące. Wybór metody chłodzenia

Transformatory prostownicze typu multi-split o dużej pojemności zazwyczaj wykorzystują wymuszone chłodzenie olejem wodnym (OFWF) lub wymuszonym chłodzeniem olejem powietrzem (OFAF). Dobór chłodnicy musi uwzględniać dodatkowe ciepło generowane przez straty wywołane harmonicznymi; obliczenia termiczne nie mogą opierać się wyłącznie na szacunkach opartych na prądach sinusoidalnych o częstotliwości sieciowej.

Produkcja i testowanie

Uzwojenia nawijane są za pomocą przewodów transponowanych lub wielu równoległych przewodów, z niezawodnymi przegrodami izolacyjnymi umieszczonymi pomiędzy rozdzielonymi gałęziami. Po zmontowaniu część czynna poddawana jest obróbce w systemie suszenia próżniowego w fazie gazowej nafty w celu dokładnego usunięcia wilgoci i gazów z elementów izolacyjnych.

Oprócz standardowych testów fabrycznych przeprowadzane są pomiary impedancji rozdzielonej między gałęziami, rezystancji izolacji międzygałęziowej i poziomów napięcia wytrzymywanego. Dla produktów o napięciu znamionowym 35 kV i wyższym wykonuje się badania udarów piorunowych oraz pomiary wyładowań niezupełnych. Specyficzne wymagania obejmują testy wzrostu temperatury dla każdej rozdzielonej gałęzi w celu sprawdzenia wzrostu temperatury gorącego punktu przy znamionowych prądach harmonicznych.

Dane testowe są archiwizowane według numeru seryjnego, co zapewnia identyfikowalność aż do procesów uzwojenia, układania rdzenia i suszenia. Firma posiada certyfikaty ISO 9001:2015, ISO 14001, ISO 45001.

Często zadawane pytania

P: Jaki jest związek pomiędzy „multi-splitem” a „multipleksowaniem”?

„Multi-split” odnosi się do konstrukcji, w której uzwojenie po stronie zaworu jest podzielone na wiele gałęzi zdolnych do niezależnego zasilania. „Multipleksowanie” odnosi się do wykorzystania przesunięcia fazowego w celu wytworzenia różnic fazowych pomiędzy mostkami prostowniczymi, eliminując w ten sposób harmoniczne po stronie sieci. Można połączyć te dwie koncepcje; na przykład transformator z podwójnym podziałem może oddzielnie zasilać dwa mostki 6-impulsowe, z zastosowaniem przesunięcia fazowego w celu utworzenia systemu 12-impulsowego.

P: Jak zazwyczaj określa się impedancję dzieloną?

Wartości impedancji dzielonej są określane przez producenta prostownika lub projektanta systemu, w oparciu głównie o ograniczenia prądu zwarciowego, kontrolę prądu cyrkulacyjnego między równoległymi mostkami oraz wymagania dotyczące regulacji napięcia stałego. Producent transformatora dostosowuje układ uzwojeń i wymiary kanału chłodzącego, aby osiągnąć docelową impedancję, a następnie weryfikuje projekt poprzez testy.

P: Jakie są zalety połączenia w fazie odwrotnie równoległej? 

Łącząc sąsiednie rozdzielone uzwojenia w konfiguracji antyrównoległej, kierunki prądu są przeciwne, powodując wzajemne znoszenie powstałych pól magnetycznych rozproszenia; znacznie zmniejsza to strumień upływu szczeliny, nagrzewanie elementów konstrukcyjnych i siły elektromagnetyczne działające na uzwojenia. Konstrukcja ta jest szeroko stosowana w niskonapięciowych, wysokoprądowych transformatorach prostowniczych do zastosowań elektrolitycznych.

P: Czy poszczególne gałęzie transformatora typu multi-split mogą działać niezależnie?

Tak. Odgałęzienia po stronie zaworu są elektrycznie niezależne, co pozwala na oddzielne włączanie i wyłączanie odpowiednich mostków prostowniczych. W przypadku wyłączenia niektórych odgałęzień uzwojenie po stronie sieci i rdzeń pozostają sprawne; należy jednak zadbać o to, aby obciążenie pozostałych odgałęzień nie przekroczyło limitów projektowych.

P: W jaki sposób należy konserwować układ chłodzenia wodą z wymuszonym obiegiem oleju?

Układ chłodzenia wodą wymaga regularnej kontroli pod kątem wycieków w rurociągach wody chłodzącej oraz monitorowania różnicy ciśnień pomiędzy obwodami wody i oleju, aby zapobiec przedostawaniu się wody do oleju. Wewnętrzny kamień w chłodnicach może utrudniać odprowadzanie ciepła; Harmonogramy czyszczenia należy ustalać na podstawie jakości wody. Przed włączeniem zasilania transformatora należy najpierw uruchomić system chłodzenia; po wyłączeniu układ chłodzenia powinien zatrzymywać się jako ostatni.

Scenariusze zastosowań

Transformatory prostownicze typu multi-split są stosowane głównie w zastosowaniach przemysłowych wymagających wysokoprądowego zasilania prądem stałym, takich jak:

● Wielkogabarytowe warsztaty elektrolityczne aluminium, miedzi i cynku

● Ogniwa elektrolityczne z membraną jonowymienną chlorowo-alkaliczną

● Piece grafityzacyjne i elektryczne piece łukowe prądu stałego

● Wielkoskalowe zautomatyzowane linie produkcyjne do galwanizacji

● Systemy zasilania prądem stałym dla hutnictwa metali nieżelaznych

Zastosowania te wymagają wysokiej niezawodności, równomiernego rozkładu prądu i łatwości konserwacji – obszary, w których struktura typu multi-split oferuje znaczące zalety.