Transformador rectificador de 24 pulsos

En proyectos industriales con limitaciones armónicas estrictas, mientras que la rectificación de 12 pulsos elimina los armónicos 5 y 7, los armónicos 11 y 13 persisten. Cuando la capacidad de cortocircuito de la red es baja o los requisitos de calidad de la energía son estrictos, un esquema de 24 pulsos puede reducir aún más el contenido de armónicos del lado de la red. Yulan Transformer fabrica transformadores rectificadores de 24 pulsos con capacidades que van desde 630 kVA hasta 80.000 kVA; Los voltajes del lado de la red pueden acomodar 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV y 35 kV, mientras que los parámetros del lado de la válvula se diseñan a medida para cumplir con los requisitos específicos del rectificador.

Lógica de cancelación armónica

Un sistema de rectificación de 24 pulsos normalmente consta de cuatro puentes rectificadores de 6 pulsos. Se utiliza un transformador desfasador para crear una diferencia de fase secuencial de 15° entre los lados de CA de los cuatro puentes. En consecuencia, la mayoría de los armónicos de bajo orden en el lado de la red, excepto el 23 y el 25, se cancelan entre sí. En comparación con los sistemas de 12 pulsos, los armónicos 11.º y 13.º se eliminan eficazmente; los armónicos característicos restantes comienzan en el orden 23 con amplitudes significativamente reducidas, lo que reduce la demanda de equipos de filtrado.

Las combinaciones de cambio de fase comunes utilizadas en ingeniería incluyen +7,5 °, -7,5 °, +22,5 ° y -22,5 °, o 0 °, 15 °, 30 ° y 45 °, con la configuración específica determinada por el diseño del sistema.

Métodos de implementación

Cuatro transformadores independientes

Cuatro transformadores rectificadores de 6 pulsos están diseñados con ángulos de cambio de fase específicos, cada uno de los cuales suministra energía a un único puente rectificador. Este esquema ofrece flexibilidad de mantenimiento, permitiendo que las unidades restantes operen a capacidad reducida si una falla, pero requiere una huella más grande y una mayor cantidad de unidades de aparamenta del lado primario.

Dos transformadores de doble devanado

Cada transformador está equipado con dos juegos de devanados del lado de la válvula para lograr dos ángulos de cambio de fase distintos. Por ejemplo, un transformador produce +7,5° y -7,5°, mientras que el otro produce +22,5° y -22,5°. En comparación con el esquema de cuatro transformadores, este enfoque reduce a la mitad el número de unidades y da como resultado un diseño más compacto. Transformador único de múltiples devanados

Esta configuración presenta cuatro conjuntos de devanados del lado de la válvula dentro de un solo transformador, logrando cuatro ángulos de cambio de fase a través de conexiones en zigzag o en triángulo extendido. Si bien esta solución minimiza el espacio que ocupa el equipo, una falla en una sola unidad afecta toda la carga y la complejidad de fabricación es mayor; Por lo general, se utiliza para aplicaciones de capacidad pequeña a mediana o donde el espacio es limitado.

Los usuarios pueden seleccionar la configuración según las condiciones del sitio, las estrategias de mantenimiento y los requisitos de confiabilidad. Los tres métodos ofrecen un rendimiento de supresión de armónicos equivalente, con diferencias principalmente en el diseño físico y la operación y mantenimiento.

Especificaciones técnicas

Precisión y devanados de cambio de fase

La efectividad de la cancelación de armónicos de un sistema de 24 pulsos depende de la precisión de la diferencia de fase entre los puentes. El cálculo preciso de las relaciones de giro del devanado de cambio de fase es esencial, ya que las desviaciones del devanado y los errores de montaje durante la fabricación pueden afectar el ángulo de cambio de fase final. Yulan Transformer registra el recuento de vueltas de los devanados de cambio de fase por unidad y verifica los ángulos de fase entre devanados durante las pruebas de aceptación en fábrica, manteniendo las desviaciones dentro de ± 0,5 °.

Cuando se utiliza una combinación de múltiples transformadores, también se debe controlar la desviación en la impedancia de cortocircuito entre unidades. El desajuste de impedancia conduce a una distribución desigual de la corriente de carga, lo que puede sobrecargar puentes rectificadores específicos y disminuir las capacidades de cancelación de armónicos. Los rangos de desviación de impedancia permitidos deben definirse claramente durante la fase de diseño técnico.

Pérdidas y aumento de temperatura

El esquema de 24 pulsos elimina una mayor cantidad de órdenes armónicos, reduciendo aún más las pérdidas adicionales en los devanados en comparación con el esquema de 12 pulsos. Sin embargo, dado que los armónicos de orden 23 y superiores todavía inducen efectos de piel y de proximidad, el diseño del conductor debe incorporar márgenes suficientes. La densidad del flujo magnético del núcleo se mantiene por debajo de los niveles típicos de los transformadores de distribución convencionales para adaptarse a los posibles componentes de CC que surgen durante los transitorios del rectificador.

Las pruebas de aumento de temperatura deben realizarse utilizando formas de onda de corriente que incluyan los armónicos característicos; de lo contrario, los resultados de la prueba no reflejarán con precisión el aumento de temperatura del punto caliente en condiciones de funcionamiento reales. Los clientes pueden solicitar el espectro de corriente armónica al realizar un pedido para que sirva como datos de entrada para la verificación del aumento de temperatura.

Fabricación y pruebas

Los devanados utilizan conductores transpuestos o múltiples conductores paralelos, mientras que se emplean barras colectoras de cobre para conexiones de alta corriente en el lado de la válvula. Se instala un blindaje magnético o eléctrico en las paredes internas del tanque, dimensionado según la capacidad del transformador, para minimizar las pérdidas parásitas causadas por los campos magnéticos armónicos. Las unidades de alta capacidad están equipadas con radiadores tipo panel o sistemas de refrigeración por circulación forzada de aceite.

Además de las pruebas de rutina estándar, las pruebas de aceptación en fábrica se centran en la medición del ángulo de cambio de fase, pruebas de aislamiento entre los devanados del lado de la válvula, medición de descargas parciales y pruebas de impulso de rayo (para 35 kV y superiores). Los datos de las pruebas se archivan por número de serie, lo que garantiza la trazabilidad hasta procesos como la fabricación de bobinados, el apilamiento de núcleos y el secado de piezas activas.

Capacidades de ingeniería

Yulan Transformer fabrica transformadores para hornos eléctricos y transformadores rectificadores desde 1999, y posee la capacidad de fabricar y probar productos con clasificación de 110 kV o menos. El equipo clave incluye una capacidad de elevación de 80 toneladas, un sistema de secado al vacío en fase de vapor de queroseno de 400 kW, un equipo de prueba de impulso de 1200 kV y un transformador de prueba de frecuencia industrial libre de descarga parcial de 400 kV. Estas instalaciones permiten a la empresa cumplir con los requisitos de procesamiento de aislamiento y verificación en fábrica para las complejas estructuras de devanados múltiples de transformadores rectificadores de 24 pulsos.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la diferencia en el contenido de armónicos entre los sistemas de 24 y 12 pulsos?

Los armónicos primarios en un rectificador de 12 pulsos son los órdenes 11 y 13; un sistema de 24 pulsos los elimina efectivamente, con armónicos característicos residuales que comienzan en el orden 23. La distorsión armónica total (THD) de la corriente del lado de la red normalmente cae del 8% al 10% (12 pulsos) a menos del 4% (24 pulsos), con valores específicos que dependen de la carga y la impedancia.

P: ¿Qué sucede si falla un transformador en una configuración de cuatro transformadores?

En una configuración que utiliza cuatro transformadores independientes, los tres restantes pueden continuar funcionando si uno se desconecta; sin embargo, se producirá un desequilibrio en el lado de la red y reaparecerán ciertos armónicos de bajo orden. En estas condiciones, se debe reducir la carga total y programar el mantenimiento con prontitud. Por el contrario, una configuración de transformador único de devanados múltiples no permite el aislamiento de un puente individual, lo que genera un impacto más amplio en caso de falla.

P: ¿Es un sistema de 24 pulsos más sensible a los errores de ángulo de cambio de fase que un sistema de 12 pulsos?

Sí. Un sistema de 24 pulsos requiere relaciones de fase precisas entre cuatro conjuntos de puentes simultáneamente; una desviación en cualquier conjunto evita que los pares armónicos correspondientes se cancelen completamente entre sí. En consecuencia, existen requisitos más estrictos en cuanto a la precisión de fabricación y las pruebas en fábrica de los devanados desfasadores.

P: ¿Vale la pena utilizar un sistema de 24 pulsos para proyectos de pequeña capacidad?

Si la red eléctrica impone requisitos armónicos estrictos y el costo del filtrado es alto, un sistema de 24 pulsos puede ser más económico que un sistema de 12 pulsos combinado con filtros. Sin embargo, para capacidades más pequeñas, los costos fijos asociados con múltiples transformadores representan una proporción mayor del total, lo que requiere un análisis integral de costo-beneficio. Si bien los sistemas con una potencia superior a 630 kVA suelen ser candidatos para la evaluación, la elección final depende de las condiciones específicas de la red y del presupuesto del proyecto.

P: ¿Puede un transformador rectificador de 24 pulsos reemplazar los filtros pasivos?

No puede servir como un reemplazo completo. Aunque un sistema de 24 pulsos elimina la mayoría de los armónicos de bajo orden, persisten los armónicos de orden 23 y superiores; además, los desequilibrios de carga o los errores de cambio de fase pueden introducir pequeñas cantidades de armónicos de bajo orden. Es posible que algunos proyectos aún requieran una cantidad limitada de ramas de filtro, aunque la capacidad y el costo involucrados son significativamente más bajos que los de las soluciones de 6 o 12 pulsos.