Transformador retificador de 24 pulsos

Em projetos industriais com limitações estritas de harmônicos, enquanto a retificação de 12 pulsos elimina o 5º e o 7º harmônicos, os 11º e 13º harmônicos persistem. Quando a capacidade de curto-circuito da rede é baixa ou os requisitos de qualidade de energia são rigorosos, um esquema de 24 pulsos pode reduzir ainda mais o conteúdo harmônico do lado da rede. A Yulan Transformer fabrica transformadores retificadores de 24 pulsos com capacidades que variam de 630 kVA a 80.000 kVA; as tensões do lado da rede podem acomodar 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV e 35 kV, enquanto os parâmetros do lado da válvula são projetados de forma personalizada para atender aos requisitos específicos do retificador.

Lógica de cancelamento harmônico

Um sistema de retificação de 24 pulsos normalmente consiste em quatro pontes retificadoras de 6 pulsos. Um transformador de mudança de fase é usado para criar uma diferença de fase sequencial de 15° entre os lados CA das quatro pontes. Conseqüentemente, a maioria dos harmônicos de ordem inferior no lado da grade – exceto os 23º e 25º – cancelam-se mutuamente. Comparados aos sistemas de 12 pulsos, os 11º e 13º harmônicos são efetivamente eliminados; os harmônicos característicos restantes começam na 23ª ordem com amplitudes significativamente reduzidas, diminuindo assim a demanda por equipamentos de filtragem.

Combinações comuns de mudança de fase usadas em engenharia incluem +7,5°, -7,5°, +22,5° e -22,5°, ou 0°, 15°, 30° e 45°, com a configuração específica determinada pelo projeto do sistema.

Métodos de implementação

Quatro transformadores independentes

Quatro transformadores retificadores de 6 pulsos são projetados com ângulos de mudança de fase específicos, cada um fornecendo energia para uma única ponte retificadora. Este esquema oferece flexibilidade de manutenção – permitindo que as unidades restantes operem com capacidade reduzida em caso de falha – mas requer uma área ocupada maior e um número maior de unidades de manobra no lado primário.

Dois transformadores de enrolamento duplo

Cada transformador é equipado com dois conjuntos de enrolamentos do lado da válvula para obter dois ângulos distintos de mudança de fase. Por exemplo, um transformador produz +7,5° e -7,5°, enquanto o outro produz +22,5° e -22,5°. Comparado ao esquema de quatro transformadores, esta abordagem reduz pela metade o número de unidades e resulta em um layout mais compacto. Transformador Multienrolamento Único

Esta configuração apresenta quatro conjuntos de enrolamentos do lado da válvula dentro de um único transformador, alcançando quatro ângulos de mudança de fase através de conexões em zigue-zague ou delta estendido. Embora esta solução minimize a área ocupada pelo equipamento, uma falha numa única unidade afecta toda a carga e a complexidade de fabrico é maior; normalmente é usado para aplicações de pequena a média capacidade ou onde o espaço é limitado.

Os usuários podem selecionar a configuração com base nas condições do local, estratégias de manutenção e requisitos de confiabilidade. Todos os três métodos oferecem desempenho de supressão de harmônicos equivalente, com diferenças principalmente no layout físico e na operação e manutenção.

Especificações Técnicas

Enrolamentos de mudança de fase e precisão

A eficácia do cancelamento harmônico de um sistema de 24 pulsos depende da precisão da diferença de fase entre as pontes. O cálculo preciso das relações de rotação do enrolamento de mudança de fase é essencial, pois desvios de enrolamento e erros de montagem durante a fabricação podem afetar o ângulo final de mudança de fase. O Yulan Transformer registra as contagens de voltas para enrolamentos de mudança de fase por unidade e verifica os ângulos de fase entre enrolamentos durante os testes de aceitação de fábrica, mantendo os desvios dentro de ± 0,5°.

Ao utilizar uma combinação de múltiplos transformadores, o desvio na impedância de curto-circuito entre as unidades também deve ser controlado. A incompatibilidade de impedância leva à distribuição desigual da corrente de carga, sobrecarregando potencialmente pontes retificadoras específicas e diminuindo a capacidade de cancelamento de harmônicos. As faixas de desvio de impedância permitidas devem ser claramente definidas durante a fase de projeto técnico.

Perdas e aumento de temperatura

O esquema de 24 pulsos elimina um número maior de ordens harmônicas, reduzindo ainda mais as perdas adicionais no enrolamento em comparação com o esquema de 12 pulsos. No entanto, como os harmônicos de 23ª ordem e superiores ainda induzem efeitos de pele e de proximidade, o projeto do condutor deve incorporar margens suficientes. A densidade do fluxo magnético do núcleo é mantida abaixo dos níveis típicos dos transformadores de distribuição convencionais para acomodar potenciais componentes CC que surgem durante os transientes do retificador.

Os testes de elevação de temperatura devem ser realizados utilizando formas de onda de corrente que incluam os harmônicos característicos; caso contrário, os resultados do teste não refletirão com precisão o aumento da temperatura do ponto quente sob condições operacionais reais. Os clientes podem solicitar o espectro de corrente harmônica ao fazer um pedido para servir como dados de entrada para verificação de aumento de temperatura.

Fabricação e testes

Os enrolamentos utilizam condutores transpostos ou múltiplos condutores paralelos, enquanto barramentos de cobre são empregados para conexões de alta corrente no lado da válvula. Nas paredes internas do tanque é instalada blindagem magnética ou elétrica – dimensionada de acordo com a capacidade do transformador – para minimizar perdas parasitas causadas por campos magnéticos harmônicos. As unidades de alta capacidade são equipadas com radiadores tipo painel ou sistemas de refrigeração por circulação forçada de óleo.

Além dos testes de rotina padrão, os testes de aceitação de fábrica concentram-se na medição do ângulo de mudança de fase, testes de isolamento entre enrolamentos do lado da válvula, medição de descarga parcial e testes de impulso de raio (para 35kV e acima). Os dados de teste são arquivados por número de série, garantindo a rastreabilidade de processos como fabricação de enrolamentos, empilhamento de núcleos e secagem de peças ativas.

Capacidades de engenharia

A Yulan Transformer fabrica transformadores para fornos elétricos e transformadores retificadores desde 1999, possuindo a capacidade de fabricar e testar produtos classificados em 110 kV e abaixo. Os principais equipamentos incluem uma capacidade de elevação de 80 toneladas, um sistema de secagem a vácuo de fase de vapor de querosene de 400 kW, equipamento de teste de impulso de 1.200 kV e um transformador de teste de frequência de potência sem descarga parcial de 400 kV. Essas instalações permitem que a empresa atenda aos requisitos de processamento de isolamento e verificação de fábrica para as estruturas complexas de múltiplos enrolamentos de transformadores retificadores de 24 pulsos.

Perguntas frequentes

P: Qual é a diferença no conteúdo harmônico entre sistemas de 24 pulsos e 12 pulsos?

Os harmônicos primários em um retificador de 12 pulsos são de 11ª e 13ª ordens; um sistema de 24 pulsos os elimina efetivamente, com harmônicos característicos residuais começando na 23ª ordem. A Distorção Harmônica Total (THD) da corrente do lado da rede normalmente cai de 8% – 10% (12 pulsos) para menos de 4% (24 pulsos), com valores específicos dependendo da carga e da impedância.

P: O que acontece se um transformador falhar em uma configuração de quatro transformadores?

Numa configuração que utiliza quatro transformadores independentes, os três restantes podem continuar a operar se um for colocado off-line; entretanto, ocorrerá um desequilíbrio no lado da rede e alguns harmônicos de ordem inferior reaparecerão. Nestas condições, a carga total deve ser reduzida e a manutenção programada imediatamente. Em contraste, uma configuração de transformador único com múltiplos enrolamentos não permite o isolamento de uma ponte individual, resultando em um impacto mais amplo no caso de uma falta.

P: Um sistema de 24 pulsos é mais sensível a erros de ângulo de mudança de fase do que um sistema de 12 pulsos?

Sim. Um sistema de 24 pulsos requer relações de fase precisas entre quatro conjuntos de pontes simultaneamente; um desvio em qualquer conjunto único impede que os pares harmônicos correspondentes se cancelem totalmente. Consequentemente, existem requisitos mais rigorosos em relação à precisão de fabricação e testes de fábrica dos enrolamentos de mudança de fase.

P: Vale a pena usar um sistema de 24 pulsos para projetos de pequena capacidade?

Se a rede elétrica impor requisitos harmônicos rigorosos e o custo da filtragem for alto, um sistema de 24 pulsos pode ser mais econômico do que um sistema de 12 pulsos combinado com filtros. No entanto, para capacidades menores, os custos fixos associados a múltiplos transformadores representam uma proporção maior do total, necessitando de uma análise abrangente de custo-benefício. Embora os sistemas classificados acima de 630 kVA sejam normalmente candidatos para avaliação, a escolha final depende das condições específicas da rede e do orçamento do projeto.

P: Um transformador retificador de 24 pulsos pode substituir filtros passivos?

Não pode servir como um substituto completo. Embora um sistema de 24 pulsos elimine a maioria dos harmônicos de ordem inferior, os harmônicos de 23ª ordem e superiores persistem; além disso, desequilíbrios de carga ou erros de mudança de fase podem introduzir pequenas quantidades de harmônicos de ordem inferior. Alguns projetos ainda podem exigir um número limitado de ramificações de filtro, embora a capacidade e o custo envolvidos sejam significativamente inferiores aos das soluções de 6 ou 12 pulsos.