Промышленный 12-импульсный силовой выпрямительный трансформатор

Почему 12-импульсный вместо 6-пульсного

6-импульсный выпрямитель потребляет значительные токи 5-й и 7-й гармоник из источника питания. Эти гармоники увеличивают потери в обмотках, вызывают искажения напряжения и часто требуют внешней фильтрации. В 12-пульсной системе используются два 6-пульсных моста, питаемые сдвинутыми по фазе напряжениями. Когда фазовый сдвиг составляет 30°, токи 5-й и 7-й гармоник компенсируются на первичной стороне. Остальные доминирующие гармоники — 11-я и 13-я, с ними легче справиться и они имеют меньшую амплитуду.

Этот подход распространен на промышленных предприятиях, где пределы гармоник определены стандартом IEEE 519 или аналогичными сетевыми нормами. Он также используется, когда нагрузка выпрямителя настолько велика, что использование одних лишь фильтров гармоник будет дорогостоящим.

Конфигурации системы

Промышленные 12-пульсные силовые выпрямительные трансформаторы поставляются в двух основных вариантах.

Два отдельных трансформатора

Два 6-импульсных трансформатора имеют фазовый сдвиг +15° и -15°. Каждый питает один выпрямительный мост. Такое расположение позволяет вывести один агрегат из эксплуатации на техническое обслуживание, в то время как другой продолжает работать с пониженной нагрузкой. Это также упрощает транспортировку для очень больших номиналов.

Одиночный трансформатор с двумя вторичными обмотками

Один трансформатор содержит две обмотки со стороны клапана, одну соединенную звездой, а другую - треугольником. Естественная разность фаз в 30° создает 12-импульсный эффект. Такая конструкция экономит площадь помещения и уменьшает количество подключений первичного распределительного устройства, однако единичный отказ влияет на всю систему выпрямителя.

Обе конфигурации обеспечивают сопоставимое подавление гармоник. Выбор зависит от планировки объекта, стратегии обслуживания и требований к резервированию.

Типичные промышленные применения

● Электролизные заводы по производству алюминия, меди и цинка.

● Хлор-щелочной электролиз на химических предприятиях.

● Дуговые печи постоянного тока и печи с погруженной дугой.

● Крупные линии гальваники и анодирования.

● Тяговое электроснабжение городских железнодорожных систем.

● Промышленные приводы постоянного тока с высокой номинальной мощностью.

Технические характеристики

Точность фазового сдвига

Фазовый сдвиг создается за счет расширенного соединения обмоток треугольником или зигзагом. Количество витков фазосдвигающей обмотки должно быть точно рассчитано. При отклонении угла фаз от расчетного значения между двумя выпрямительными мостами появляются циркулирующие токи. Это уменьшает подавление 5-й и 7-й гармоник и увеличивает потери.

В ходе производства компания Yulan Transformer проверяет количество витков фазосдвигающих обмоток и измеряет фактический фазовый угол во время заводских испытаний. Измеренное значение заносится в протокол испытаний. Типичный допуск на фазовый угол находится в пределах ±0,5°.

В схемах с двумя трансформаторами сопротивление короткого замыкания обоих блоков должно быть близким. Большая разница импедансов приводит к неравномерному распределению нагрузки и ослабляет эффект подавления гармоник.

Потери и повышение температуры

12-пульсный выпрямительный трансформатор устраняет большую часть токов 5-й и 7-й гармоник, поэтому дополнительные потери в обмотке ниже, чем в 6-пульсном исполнении. Однако 11-я и 13-я гармоники остаются, и в конструкции по-прежнему предусмотрен запас на потери на вихревые токи.

Сердечник работает с плотностью потока ниже, чем у стандартного распределительного трансформатора. Это позволяет избежать насыщения, вызванного возможными компонентами постоянного тока во время переходных режимов. Повышение температуры проверяется при заданном спектре гармонического тока, а не только при синусоидальном токе.

Особенности конструкции

Обмотки

Ток на стороне клапана в промышленных выпрямителях часто достигает нескольких тысяч ампер. В больших устройствах используются транспонированные проводники или несколько параллельных проводников. Транспозиции на концах обмотки помогают выровнять распределение тока и уменьшить потери на циркуляцию.

Ведущая договоренность

Вторичные выводы обычно изготавливаются из медных шин. В договоренности учитываются эффекты близости и механическая поддержка. Обычно используются несколько вторичных втулок или клеммных колодок.

Защита танка

Гармонический поток индуцирует вихревые токи в стенках резервуара и зажимных конструкциях. Для больших номиналов на внутренней поверхности резервуара устанавливаются магнитные экраны или электромагнитные экраны. Это снижает паразитные потери и предотвращает локальный перегрев.

Нажмите чейнджер

Переключение ответвлений под нагрузкой часто используется в выпрямителях для регулировки вторичного напряжения и управления выходом постоянного тока. РПН увеличивает сложность активной части и требует дополнительного места внутри бака.

Заводское тестирование

Плановые испытания включают сопротивление обмотки постоянному току, коэффициент трансформации, сопротивление изоляции, устойчивость к промышленной частоте, наведенное перенапряжение, потери на холостом ходу, потери под нагрузкой и полное сопротивление короткого замыкания. Дополнительные испытания 12-пульсных выпрямительных трансформаторов включают измерение фазового угла, испытание изоляции между обмотками со стороны клапана и измерение частичных разрядов.

При первичном напряжении 35 кВ и выше испытания грозовым импульсом проводятся в соответствии с действующими стандартами. По требованию покупателя могут быть организованы испытания на повышение температуры в условиях гармонического тока. Протоколы испытаний архивируются по серийным номерам и могут быть прослежены до процессов сборки обмотки и сердечника.

Часто задаваемые вопросы

Что лучше для новой установки: один трансформатор двойной вторичной обмотки или два отдельных трансформатора?

Для меньших номиналов одиночный трансформатор с двумя вторичными обмотками обычно более экономичен и требует меньше места. Для более высоких номиналов или когда важна гибкость в обслуживании, предпочтительны два отдельных трансформатора. Окончательное решение должно также учитывать транспортные ограничения и наличие запасных частей.

Полностью ли устраняет гармоники 12-импульсная система?

Нет. 5-я и 7-я гармоники в значительной степени отменены, но 11-я и 13-я остаются. На практике некоторые остаточные 5-я и 7-я компоненты все еще могут появляться из-за ошибки фазового угла или несбалансированных нагрузок. Для обеспечения строгих ограничений по гармоникам могут потребоваться дополнительные пассивные или активные фильтры.

Можно ли модернизировать 6-пульсную установку до 12-пульсной?

Вообще нет. Фазовый сдвиг должен быть встроен в обмотки трансформатора. Модернизация потребует замены трансформатора или установки отдельного фазосдвигающего трансформатора. Второй вариант может быть возможен в некоторых случаях, но требует тщательной оценки согласования импедансов и пространства.

Как определяется вторичное напряжение?

Производитель выпрямителя рассчитывает необходимое напряжение на стороне клапана на основе выходного напряжения постоянного тока, схемы выпрямителя, перекрытия коммутации и полного сопротивления трансформатора. Затем производитель трансформатора проектирует вторичную обмотку так, чтобы она соответствовала этому напряжению. Изменение вторичного напряжения после утверждения проекта может повлиять на всю схему обмоток.

Какая защита рекомендуется для 12-пульсных выпрямительных трансформаторов?

Стандартная защита от сверхтоков может сработать неправильно из-за гармонических токов. Защитные реле должны включать ограничение гармоник или выбираться специально для работы с выпрямителем. Для самого трансформатора рекомендуется использовать контроль температуры, газовые реле, указатели уровня масла и устройства сброса давления. Для больших агрегатов рекомендуется постоянный контроль температуры обмотки и состояния масла.

Производственные возможности

Yulan Transformer производит печные трансформаторы и выпрямительные трансформаторы с 1999 года. Компания работает в условиях производства и испытаний класса 110 кВ, включая грузоподъемность 80 тонн, систему вакуумной сушки паровой фазы керосина мощностью 400 кВт, импульсную испытательную систему 1200 кВ и испытательный трансформатор промышленной частоты без частичного разряда 400 кВ. Эти предприятия обеспечивают обработку изоляции и заводскую проверку крупных промышленных выпрямительных трансформаторов.

Для получения схем фазового сдвига, расчетов потерь или габаритных чертежей для конкретного проекта обращайтесь в технический отдел Yulan Transformer.