Многораздельный выпрямительный трансформатор

В системах электролиза, гальваники и крупногабаритных приводах постоянного тока постоянный ток на стороне клапана может достигать десятков тысяч ампер. Использование однопутной обмотки со стороны клапана приводит к чрезмерно большому поперечному сечению проводника, что затрудняет вывод обмотки и выводов, а также увеличивает риск локального перегрева при повышении тока. Трансформаторы выпрямителя с несколькими сплиттерами делят обмотку со стороны клапана на несколько независимых ветвей, каждая из которых питает отдельный выпрямительный мост; это снижает ток на ветвь и повышает эксплуатационную гибкость системы. Yulan Transformer производит многораздельные выпрямительные трансформаторы мощностью от 630 кВА до 80 000 кВА и номинальным напряжением на стороне сети 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 22 кВ и 35 кВ.

Функция разделенной структуры

Разделение обмотки со стороны клапана снижает ток в каждой ветви, тем самым уменьшая необходимое сечение проводника и характеристики клеммной шины, что упрощает производство. Разделенные ветви соединяются через магнитную цепь сердечника, создавая особый «расщепленный импеданс». Это сопротивление ограничивает влияние короткого замыкания в одной ветви на другие и подавляет циркулирующие токи между выпрямительными мостами.

В источниках питания постоянного тока для электролиза многораздельная структура часто сочетается с «синфазно-инверсно-параллельной» конфигурацией. Соседние разделенные обмотки имеют одну и ту же фазу напряжения, но имеют противоположные направления вывода, в результате чего магнитные поля нейтрализуют друг друга; это уменьшает поток щелевой утечки и паразитные потери в конструктивных элементах.

Общие конфигурации разделения

Двойной сплит

Обмотка со стороны клапана разделена на две независимые ветви, каждая из которых может быть подключена к отдельному выпрямительному мосту. Структура с двойным разделением представляет собой простейшую конфигурацию и обычно используется для источников питания для электролиза или гальваники средней мощности.

Тройной и четверной сплит

Обмотка со стороны клапана разделена на три или четыре ветви, что подходит для применений, требующих более высоких токов или нескольких выходов постоянного тока. Каждую ветвь можно переключать независимо, что позволяет остальным ветвям продолжать работу даже при отключении части нагрузки.

Осевой раскол и радиальный раскол

Осевое расщепление предполагает расположение сегментов обмотки высокого и низкого напряжения по высоте конечности сердечника, тогда как радиальное расщепление предполагает формирование нескольких слоев обмотки в радиальном направлении. Эти два метода приводят к разным распределениям импеданса и потока рассеяния; выбор зависит от параметров выпрямителя и требований к короткому замыканию. Технические характеристики

Параметр элемента

Проблемы проектирования

Раздельное управление импедансом

Величина разделенного импеданса напрямую влияет на распределение тока между выпрямительными мостами и уровни токов короткого замыкания. Если полное сопротивление слишком низкое, при одноветвевом замыкании в других ветвях возникают значительные колебания тока; если оно слишком велико, потери увеличиваются, а эффективность регулирования выходного напряжения постоянного тока ухудшается. Проектирование требует достижения целевых значений за счет расположения обмоток и регулировки геометрических размеров в зависимости от диапазона импеданса, указанного производителем выпрямителя.

Сильноточный вывод

Общий ток на стороне клапана может достигать десятков тысяч ампер; даже после расщепления ток в отдельной ветви остается очень высоким. В выводах обычно используются несколько параллельных медных шин; Для обеспечения равномерного распределения тока по параллельным стержням и предотвращения локального перегрева необходимы равномерные расстояния и меры по перестановке. Некоторые изделия оснащены клеммными колодками большой площади на боковой стенке резервуара для минимизации контактного сопротивления.

Поток утечки и нагрев конструктивных элементов

Сильноточные обмотки создают интенсивные магнитные поля рассеяния, вызывающие вихревые токи в зажимных конструкциях, соединительных пластинах и стенках резервуара. Многораздельные конструкции часто требуют магнитного экранирования на внутренних стенках резервуара, а также зажимов с прорезями или использования немагнитных материалов для уменьшения паразитных потерь. Выбор метода охлаждения

В многораздельных выпрямительных трансформаторах большой мощности обычно используется принудительное масляное водяное охлаждение (OFWF) или принудительное масляное воздушное охлаждение (OFAF). Выбор охладителя должен учитывать дополнительное тепло, выделяемое потерями, вызванными гармониками; тепловые расчеты не могут полагаться исключительно на оценки, основанные на синусоидальных токах промышленной частоты.

Производство и тестирование

Обмотки наматываются транспонированными проводниками или несколькими параллельными проводниками, между расщепленными ветвями размещаются надежные изолирующие перегородки. После сборки активная часть подвергается обработке в системе вакуумной сушки паров керосина для тщательного удаления влаги и газов из компонентов изоляции.

Помимо стандартных заводских испытаний, проводятся измерения разделенного импеданса между ветвями, сопротивления межветвевой изоляции и уровней выдерживаемого напряжения. Для изделий с номиналом 35 кВ и выше проводятся испытания грозовыми импульсами и измерения частичных разрядов. Особые требования включают испытания на повышение температуры для каждой разделенной ветви для проверки повышения температуры в горячей точке при номинальных токах гармоник.

Данные испытаний архивируются по серийному номеру, что обеспечивает возможность отслеживания процессов намотки, укладки сердечников и сушки. Компания имеет сертификаты ISO 9001:2015, ISO 14001 и ISO 45001.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какова связь между «мульти-сплит» и «мультиплексированием»?

«Мульти-сплит» относится к конструкции, в которой обмотка со стороны клапана разделена на несколько ветвей, обеспечивающих независимое питание. «Мультиплексирование» означает использование фазового сдвига для создания разности фаз между выпрямительными мостами, тем самым устраняя гармоники на стороне сети. Эти две концепции можно объединить; например, трансформатор с двойным разделением может подавать питание на два 6-пульсных моста отдельно, со сдвигом фазы для формирования 12-пульсной системы.

Вопрос: Как обычно определяется разделенный импеданс?

Значения разделенного импеданса указываются производителем выпрямителя или разработчиком системы на основе, главным образом, ограничений тока короткого замыкания, контроля контурного тока между параллельными мостами и требований регулирования напряжения постоянного тока. Производитель трансформатора корректирует расположение обмоток и размеры охлаждающего канала в соответствии с заданным импедансом, а затем проверяет конструкцию посредством испытаний.

Вопрос: Каковы преимущества синфазного обратно-параллельного подключения? 

При соединении соседних разделенных обмоток в антипараллельной конфигурации направления тока становятся противоположными, в результате чего возникающие магнитные поля утечки нейтрализуют друг друга; это существенно снижает поток щелевой утечки, нагрев элементов конструкции и электромагнитные силы на обмотках. Эта конструкция широко используется в низковольтных сильноточных выпрямительных трансформаторах для электролитических применений.

Вопрос: Могут ли отдельные ветви мультисплит-трансформатора работать независимо?

Да. Ветви со стороны клапана электрически независимы, что позволяет включать и выключать соответствующие выпрямительные мосты отдельно. Когда некоторые ветви выводятся из эксплуатации, сетевая обмотка и сердечник остаются работоспособными; однако необходимо позаботиться о том, чтобы нагрузка на остальные ветви не превышала расчетных пределов.

Вопрос: Как следует обслуживать систему водяного охлаждения с принудительной циркуляцией масла?

Система водяного охлаждения требует регулярной проверки герметичности трубопроводов охлаждающей воды и контроля перепада давления между водяным и масляным контурами для предотвращения попадания воды в масло. Внутреннее накипь в охладителях может ухудшить отвод тепла; График очистки должен определяться в зависимости от качества воды. Прежде чем на трансформатор будет подано напряжение, сначала должна быть запущена система охлаждения; при выключении система охлаждения должна останавливаться последней.

Сценарии применения

Трансформаторы-выпрямители с несколькими сплиттерами в основном используются в промышленных условиях, требующих сильноточной мощности постоянного тока, например:

● Крупные электролитические цеха по производству алюминия, меди и цинка.

● Электролитические ячейки с хлор-щелочной ионообменной мембраной.

● Печи графитации и дуговые печи постоянного тока.

● Крупномасштабные автоматизированные гальванические производственные линии.

● Системы электропитания постоянного тока для выплавки цветных металлов.

Эти приложения требуют высокой надежности, равномерного распределения тока и простоты обслуживания — области, где многораздельная структура дает значительные преимущества.