Transformador retificador de potência industrial de 24 pulsos

Plantas industriais com grandes cargas CC muitas vezes enfrentam limites harmônicos estritos de acordo com a IEEE 519 ou códigos de rede regionais. Um retificador de 12 pulsos remove o 5º e o 7º harmônicos, mas deixa o 11º e o 13º presentes. Um arranjo de 24 pulsos estende o conceito de mudança de fase para que as correntes harmônicas dominantes no lado primário comecem na 23ª ordem. A Yulan Transformer fornece transformadores retificadores industriais de 24 pulsos de 630 kVA a 80.000 kVA, com tensões primárias de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV ou 35 kV.

Lógica de cancelamento harmônico

Um sistema de 24 pulsos usa quatro pontes retificadoras de 6 pulsos. Os transformadores que alimentam essas pontes são desfasados ​​de modo que as tensões de entrada da ponte ficam separadas por 15° uma da outra. No lado primário, as correntes harmônicas de 5º, 7º, 11º e 13º são canceladas em grande parte. Os harmônicos característicos restantes começam na 23ª ordem, que têm amplitude muito menor e são mais fáceis de filtrar, se necessário.

O resultado é uma forma de onda de corrente primária mais limpa e distorção de tensão reduzida no ponto de acoplamento comum. Isto pode eliminar a necessidade de grandes bancos de filtros passivos em muitas aplicações.

Configurações de mudança de fase

As combinações de mudança de fase mais comuns para operação de 24 pulsos são:

Ponte	Mudança de fase (exemplo)
Ponte 1	+7,5°
Ponte 2	-7,5°
Ponte 3	+22,5°
Ponte 4	-22,5°

Outras combinações como 0°, 15°, 30° e 45° também são usadas dependendo do projeto do sistema. O conjunto exato é determinado pelo fabricante do retificador ou pelo engenheiro elétrico do projeto.

Arranjos do sistema

Quatro transformadores independentes

Cada transformador alimenta uma ponte retificadora e é construído com um deslocamento de fase específico. A manutenção é flexível porque uma unidade pode ser retirada enquanto as outras três continuam operando com carga reduzida. A desvantagem é uma área ocupada maior e mais conexões de painéis de distribuição.

Dois transformadores secundários duplos

Cada transformador contém dois enrolamentos do lado da válvula com diferentes mudanças de fase. Por exemplo, uma unidade fornece +7,5° e -7,5° e a outra fornece +22,5° e -22,5°. Isso reduz a contagem de equipamentos e o espaço físico em comparação com a opção de quatro unidades.

Transformador multi-enrolamento único

Um transformador abriga quatro enrolamentos do lado da válvula, cada um com um ângulo de fase diferente. Isto economiza mais espaço, mas significa que uma única falha do transformador interrompe todo o sistema retificador. A complexidade de fabricação também é maior.

O desempenho do cancelamento harmônico é equivalente entre esses arranjos. O layout do local, as necessidades de redundância e as restrições de transporte geralmente decidem qual deles será selecionado.

Especificações Técnicas

Item	Parâmetro
Padrões aplicáveis	IEC, GB, ANSI/IEEE, NEMA e especificações específicas do setor
Capacidade nominal	630 kVA a 80.000 kVA
Tensão nominal primária	6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV ou 35 kV
Tensão secundária	Determinado pelo circuito retificador, normalmente 380 V a 3000 V
Frequência nominal	50 Hz ou 60 Hz
Fase	Trifásico
Combinação de mudança de fase	±7,5°/±22,5° ou outros conjuntos especificados pelo projeto
Conexão primária	Delta ou estrela
Conexão secundária	Wye, delta, multienrolamento ou ziguezague
Impedância de curto-circuito	6% a 12% ou conforme especificado
Método de resfriamento	ONAN, ONAF ou OFWF
Regulação de tensão	Comutação de derivação fora do circuito ou em carga

Considerações de projeto para unidades de 24 pulsos

Precisão do ângulo de fase

O cancelamento harmônico depende das posições relativas de fase das quatro pontes. Um desvio em qualquer conjunto de enrolamentos reduz o cancelamento do par harmônico correspondente. O Yulan Transformer verifica a contagem de voltas de cada enrolamento de mudança de fase e mede os ângulos de fase reais durante os testes de fábrica. A tolerância é mantida dentro de ±0,5°.

Correspondência de impedância

Quando vários transformadores formam um sistema de 24 pulsos, suas impedâncias de curto-circuito devem ser estreitamente combinadas. Grandes diferenças de impedância causam compartilhamento desigual de corrente entre as pontes, o que enfraquece a supressão de harmônicos e pode sobrecarregar uma ponte. A tolerância de impedância é definida na fase de projeto e verificada por teste.

Enrolamento e núcleo

As correntes no lado da válvula são frequentemente altas, exigindo condutores transpostos ou múltiplos condutores paralelos. O núcleo opera abaixo da densidade de fluxo de um transformador de distribuição padrão para evitar a saturação de componentes CC transitórios. O projeto do enrolamento inclui margem para perdas por correntes parasitas causadas pelas correntes restantes do 23º e 25º harmônicos.

Blindagem de tanque

O fluxo de vazamento 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 para reduzir perdas parasitas e evitar pontos quentes.

Testes de fábrica

Os testes de rotina cobrem a 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. Para unidades de 24 pulsos, as medições adicionais incluem:

● Verificação do ângulo de fase para cada conjunto de enrolamentos do lado da válvula

● Teste de isolamento entre diferentes enrolamentos do lado da válvula

● Medição de descarga parcial

● Teste de impulso atmosférico para tensões primárias de 35 kV e superiores

Testes de aumento de temperatura sob um espectro de corrente harmônica especificado podem ser organizados quando o comprador fornece o perfil de carga esperado. Os dados de teste são arquivados por número de série e rastreados até os registros do enrolamento e da montagem do núcleo.

Perguntas frequentes

Quanta redução harmônica o 24 pulsos fornece em comparação com o 12 pulsos?

Um sistema de 12 pulsos normalmente deixa o 11º e o 13º harmônicos como componentes dominantes. Um sistema de 24 pulsos também os cancela, de modo que os harmônicos da corrente primária começam na 23ª ordem. A distorção harmônica total da corrente geralmente cai de cerca de 8% a 10% para 12 pulsos para menos de 4% para 24 pulsos, dependendo das condições de carga e impedância.

24 pulsos são sempre mais caros que 12 pulsos?

A parte do transformador é mais cara devido aos enrolamentos de mudança de fase adicionais ou unidades extras. Contudo, o custo dos filtros passivos pode ser muito menor e, em alguns projetos, o custo total instalado é comparável ou até menor quando a economia do filtro é incluída. Uma comparação detalhada deve considerar o custo do equipamento, a área útil e a manutenção contínua dos componentes do filtro.

O que acontece se um transformador num arranjo de quatro unidades falhar?

As três unidades restantes podem continuar operando, mas o conjunto de mudança de fase não está mais equilibrado. Alguns harmônicos de ordem inferior reaparecerão no lado primário. O sistema deve funcionar com carga reduzida até que a unidade com falha seja reparada ou substituída. Com um único transformador multienrolamento, uma falha afeta todo o sistema retificador.

Uma instalação de 12 pulsos pode ser atualizada para 24 pulsos?

Não é fácil. As mudanças de fase adicionais devem ser incorporadas aos enrolamentos do transformador. A modernização exigiria a adição de um ou mais transformadores de mudança de fase ou a substituição das unidades existentes. O espaço, a correspondência de impedância e a complexidade da conexão precisam de uma avaliação cuidadosa antes de se comprometer com tal mudança.

Os sistemas de 24 pulsos ainda precisam de filtros harmônicos?

Em muitos casos não, mas isso depende dos requisitos da rede e da quantidade de corrente residual de 23º e 25º harmônicos. Para limites muito rigorosos ou quando a carga está desequilibrada, pequenos ramos de filtro ainda podem ser instalados. Seu tamanho e custo são muito inferiores aos exigidos para arranjos de 6 ou 12 pulsos.

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 oferecem suporte ao processamento de isolamento e verificação de fábrica de transformadores retificadores de 24 pulsos com múltiplos enrolamentos.

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.