Transformador retificador de potência industrial de 12 pulsos

Por que 12 pulsos em vez de 6 pulsos

Um retificador de 6 pulsos extrai correntes significativas de 5º e 7º harmônicos da fonte. Esses harmônicos aumentam as perdas no enrolamento, causam distorção de tensão e muitas vezes requerem filtragem externa. Um sistema de 12 pulsos usa duas pontes de 6 pulsos alimentadas por tensões defasadas. Quando a mudança de fase é de 30°, as correntes de 5º e 7º harmônicos são canceladas no lado primário. Os restantes harmónicos dominantes são o 11º e o 13º, que são mais fáceis de gerir e têm amplitudes mais baixas.

Esta abordagem é comum em plantas industriais onde os limites harmônicos são especificados pela IEEE 519 ou códigos de rede similares. Também é usado quando a carga do retificador é grande o suficiente para que os filtros harmônicos por si só sejam caros.

Configurações do sistema

Os transformadores retificadores de potência industriais de 12 pulsos são fornecidos em dois arranjos principais.

Dois transformadores separados

Dois transformadores de 6 pulsos são construídos com mudanças de fase de +15° e -15°. Cada um alimenta uma ponte retificadora. Este arranjo permite que uma unidade seja retirada de serviço para manutenção enquanto a outra continua operando com carga reduzida. Também simplifica o transporte para classificações muito grandes.

Transformador Único com Enrolamentos Secundários Duplos

Um transformador contém dois enrolamentos do lado da válvula, um conectado em estrela e outro em delta. A diferença de fase natural de 30° cria o efeito de 12 pulsos. Este projeto economiza espaço e reduz o número de conexões do painel primário, mas uma única falha afeta todo o sistema retificador.

Ambas as configurações fornecem cancelamento harmônico comparável. A escolha depende do layout do local, da estratégia de manutenção e dos requisitos de redundância.

Aplicações Industriais Típicas

● Plantas de eletrólise de alumínio, cobre e zinco

● Eletrólise cloro-álcali em instalações químicas

● Fornos de arco CC e fornos de arco submerso

● Grandes linhas de galvanoplastia e anodização

● Fornecimento de energia de tração para sistemas ferroviários urbanos

● Inversores CC industriais com classificações de alta potência

Especificações Técnicas

Precisão da mudança de fase

A mudança de fase é produzida por conexões de enrolamento delta ou ziguezague estendidas. O número de voltas no enrolamento de mudança de fase deve ser calculado com precisão. Se o ângulo de fase se desviar do valor de projeto, aparecerão correntes circulantes entre as duas pontes retificadoras. Isto reduz o cancelamento do 5º e 7º harmônicos e aumenta as perdas.

Durante a produção, o Yulan Transformer verifica a contagem de voltas dos enrolamentos de mudança de fase e mede o ângulo de fase real durante os testes de fábrica. O valor medido é registrado no relatório de teste. A tolerância típica do ângulo de fase está dentro de ±0,5°.

Para arranjos com dois transformadores, a impedância de curto-circuito de ambas as unidades deve ser mantida próxima. Uma grande diferença de impedância causa compartilhamento desigual de carga e enfraquece o efeito de cancelamento harmônico.

Perdas e aumento de temperatura

Um transformador retificador de 12 pulsos elimina a maioria das correntes de 5º e 7º harmônicos, portanto, as perdas adicionais no enrolamento são menores do que em um projeto de 6 pulsos. No entanto, os 11º e 13º harmônicos permanecem, e o projeto ainda inclui margem para perdas por correntes parasitas.

O núcleo opera com uma densidade de fluxo inferior à de um transformador de distribuição padrão. Isto evita a saturação causada por possíveis componentes DC durante condições transitórias. O aumento de temperatura é verificado sob o espectro de corrente harmônica especificado, e não apenas sob corrente senoidal.

Recursos de construção

Enrolamentos

As correntes do lado da válvula em aplicações de retificadores industriais geralmente atingem vários milhares de amperes. Unidades grandes utilizam condutores transpostos ou múltiplos condutores paralelos. As transposições nas extremidades do enrolamento ajudam a equalizar a distribuição da corrente e a reduzir as perdas circulantes.

Acordo de chumbo

Os condutores secundários são geralmente feitos de barras de cobre. O arranjo considera efeitos de proximidade e suporte mecânico. Múltiplas buchas secundárias ou placas terminais são comuns.

Blindagem de Tanque

O fluxo harmônico induz correntes parasitas nas paredes do tanque e nas estruturas de fixação. Blindagens magnéticas ou eletromagnéticas são instaladas na superfície interna do tanque para classificações maiores. Isto reduz as perdas parasitas e evita o superaquecimento local.

Trocador de toque

A comutação de derivação em carga é freqüentemente usada em serviços de retificadores para ajustar a tensão secundária e controlar a saída CC. O comutador aumenta a complexidade da parte ativa e requer espaço adicional dentro do tanque.

Testes de fábrica

Os testes de rotina incluem resistência CC do enrolamento, relação de tensão, resistência de isolamento, resistência à frequência de energia, sobretensão induzida, perda sem carga, perda de carga e impedância de curto-circuito. Testes adicionais para transformadores retificadores de 12 pulsos incluem medição de ângulo de fase, teste de isolamento entre enrolamentos do lado da válvula e medição de descarga parcial.

Para tensões primárias de 35 kV ou superiores, os testes de impulso atmosférico são realizados de acordo com as normas aplicáveis. Testes de aumento de temperatura sob condições de corrente harmônica podem ser organizados quando especificado pelo comprador. Os registros de teste são arquivados por número de série e podem ser atribuídos aos processos de enrolamento e montagem do núcleo.

Perguntas frequentes

O que é melhor para uma nova instalação: um transformador duplo secundário ou dois transformadores separados?

Para classificações menores, um único transformador com enrolamentos secundários duplos é geralmente mais econômico e requer menos espaço. Para classificações maiores ou quando a flexibilidade de manutenção é importante, são preferidos dois transformadores separados. A decisão final também deverá considerar os limites de transporte e a disponibilidade de unidades sobressalentes.

Um sistema de 12 pulsos elimina completamente os harmônicos?

Não. O 5º e o 7º harmônicos foram em grande parte cancelados, mas o 11º e o 13º permanecem. Na prática, alguns 5º e 7º componentes residuais ainda podem aparecer devido a erros de ângulo de fase ou cargas desequilibradas. Filtros passivos ou ativos adicionais podem ser necessários para limites harmônicos estritos.

Uma instalação de 6 pulsos pode ser atualizada para 12 pulsos?

Geralmente não. A mudança de fase deve ser incorporada aos enrolamentos do transformador. A modernização exigiria a substituição do transformador ou a adição de um transformador de mudança de fase separado. A segunda opção pode ser possível em alguns casos, mas necessita de uma avaliação cuidadosa da correspondência de impedância e do espaço.

Como a tensão secundária é determinada?

O fabricante do retificador calcula a tensão necessária do lado da válvula com base na tensão de saída CC, no circuito retificador, na sobreposição de comutação e na impedância do transformador. O fabricante do transformador projeta então o enrolamento secundário para corresponder a esta tensão. A alteração da tensão secundária após a aprovação do projeto pode afetar todo o layout do enrolamento.

Qual proteção é recomendada para transformadores retificadores de 12 pulsos?

A proteção padrão contra sobrecorrente pode funcionar incorretamente devido a correntes harmônicas. Os relés de proteção devem incluir restrição de harmônicas ou ser selecionados especificamente para operação de retificador. Monitoramento de temperatura, relés de gás, indicadores de nível de óleo e dispositivos de alívio de pressão são recomendados para o próprio transformador. Para unidades grandes, é aconselhável o monitoramento contínuo da temperatura do enrolamento e da condição do óleo.

Capacidade de fabricação

Yulan Transformer produz transformadores de forno e transformadores retificadores desde 1999. A empresa opera sob condições de produção e teste de classe de 110 kV, incluindo uma capacidade de elevação de 80 toneladas, um sistema de secagem a vácuo de fase de vapor de querosene de 400 kW, um sistema de teste de impulso de 1.200 kV e um transformador de teste de frequência de energia sem descarga parcial de 400 kV. Essas instalações dão suporte ao processamento de isolamento e à verificação de fábrica de grandes transformadores retificadores industriais.

Para esquemas de mudança de fase específicos do projeto, cálculos de perda ou desenhos gerais, entre em contato com o departamento técnico do Yulan Transformer.