Transformador rectificador de potencia industrial de 12 pulsos

¿Por qué 12 pulsos en lugar de 6 pulsos?

Un rectificador de 6 pulsos extrae importantes corrientes armónicas de quinto y séptimo armónico del suministro. Estos armónicos aumentan las pérdidas en los devanados, provocan distorsión de tensión y, a menudo, requieren filtrado externo. Un sistema de 12 pulsos utiliza dos puentes de 6 pulsos alimentados por voltajes desfasados. Cuando el cambio de fase es de 30°, las corrientes armónicas 5.° y 7.° se cancelan en el lado primario. Los armónicos dominantes restantes son el 11 y el 13, que son más fáciles de gestionar y tienen amplitudes más bajas.

Este enfoque es común en plantas industriales donde los límites armónicos están especificados por IEEE 519 o códigos de red similares. También se utiliza cuando la carga del rectificador es lo suficientemente grande como para que los filtros de armónicos por sí solos resulten costosos.

Configuraciones del sistema

Los transformadores rectificadores de potencia industriales de 12 pulsos se suministran en dos configuraciones principales.

Dos transformadores separados

Se construyen dos transformadores de 6 pulsos con cambios de fase de +15° y -15°. Cada uno alimenta un puente rectificador. Esta disposición permite que una unidad quede fuera de servicio para mantenimiento mientras la otra continúa funcionando con carga reducida. También simplifica el transporte para clasificaciones muy grandes.

Transformador simple con devanados secundarios dobles

Un transformador contiene dos devanados del lado de la válvula, uno conectado en estrella y otro en delta. La diferencia de fase natural de 30° crea el efecto de 12 pulsos. Este diseño ahorra espacio y reduce la cantidad de conexiones del tablero primario, pero una sola falla afecta todo el sistema rectificador.

Ambas configuraciones proporcionan una cancelación armónica comparable. La elección depende del diseño del sitio, la estrategia de mantenimiento y los requisitos de redundancia.

Aplicaciones industriales típicas

● Plantas de electrólisis de aluminio, cobre y zinc.

● Electrólisis cloro-alcalina en instalaciones químicas.

● Hornos de arco CC y hornos de arco sumergido

● Grandes líneas de galvanoplastia y anodizado

● Suministro de energía de tracción para sistemas ferroviarios urbanos.

● Variadores de CC industriales con altas potencias nominales

Especificaciones técnicas

Precisión del cambio de fase

El cambio de fase se produce mediante conexiones de devanado extendidas en delta o en zigzag. El número de vueltas del devanado desfasador debe calcularse con precisión. Si el ángulo de fase se desvía del valor de diseño, aparecen corrientes circulantes entre los dos puentes rectificadores. Esto reduce la cancelación de los armónicos 5.º y 7.º y aumenta las pérdidas.

Durante la producción, Yulan Transformer verifica el número de vueltas de los devanados desfasadores y mide el ángulo de fase real durante las pruebas de fábrica. El valor medido se registra en el informe de prueba. La tolerancia típica del ángulo de fase está dentro de ±0,5°.

Para disposiciones de dos transformadores, la impedancia de cortocircuito de ambas unidades debe mantenerse cercana. Una gran diferencia de impedancia provoca un reparto de carga desigual y debilita el efecto de cancelación armónica.

Pérdidas y aumento de temperatura

Un transformador rectificador de 12 pulsos elimina la mayoría de las corrientes armónicas del quinto y séptimo, por lo que las pérdidas adicionales del devanado son menores que en un diseño de 6 pulsos. Sin embargo, persisten los armónicos 11 y 13 y el diseño aún incluye un margen para las pérdidas por corrientes parásitas.

El núcleo opera a una densidad de flujo menor que la de un transformador de distribución estándar. Esto evita la saturación causada por posibles componentes de CC durante condiciones transitorias. El aumento de temperatura se verifica bajo el espectro de corriente armónica especificado, no solo bajo corriente sinusoidal.

Características de construcción

Devanados

Las corrientes del lado de las válvulas en aplicaciones de rectificadores industriales suelen alcanzar varios miles de amperios. Las unidades grandes utilizan conductores transpuestos o múltiples conductores paralelos. Las transposiciones en los extremos del devanado ayudan a igualar la distribución de corriente y reducir las pérdidas circulantes.

Disposición principal

Los cables secundarios suelen estar hechos de barras de cobre. La disposición considera efectos de proximidad y soporte mecánico. Son comunes múltiples casquillos secundarios o tableros de terminales.

Blindaje del tanque

El flujo armónico induce corrientes parásitas en las paredes del tanque y las estructuras de sujeción. Se instalan escudos magnéticos o escudos electromagnéticos en la superficie interior del tanque para clasificaciones más grandes. Esto reduce las pérdidas perdidas y evita el sobrecalentamiento local.

Cambiador de toques

El cambio de tomas bajo carga se utiliza con frecuencia en el servicio de rectificador para ajustar el voltaje secundario y controlar la salida de CC. El cambiador de tomas aumenta la complejidad de la parte activa y requiere espacio adicional dentro del tanque.

Pruebas de fábrica

Las pruebas de rutina incluyen resistencia de CC del devanado, relación de voltaje, resistencia de aislamiento, resistencia a la frecuencia industrial, sobretensión inducida, pérdida sin carga, pérdida con carga e impedancia de cortocircuito. Las pruebas adicionales para transformadores rectificadores de 12 pulsos incluyen medición del ángulo de fase, pruebas de aislamiento entre los devanados del lado de la válvula y medición de descarga parcial.

Para tensiones primarias de 35 kV o superiores, las pruebas de impulso de rayo se realizan según las normas aplicables. Las pruebas de aumento de temperatura en condiciones de corriente armónica se pueden organizar cuando lo especifique el comprador. Los registros de prueba se archivan por número de serie y se pueden rastrear hasta los procesos de devanado y ensamblaje del núcleo.

Preguntas frecuentes

¿Qué es mejor para una instalación nueva: un transformador de doble secundario o dos transformadores separados?

Para clasificaciones más pequeñas, un solo transformador con dos devanados secundarios suele ser más económico y requiere menos espacio. Para capacidades mayores o cuando la flexibilidad de mantenimiento es importante, se prefieren dos transformadores separados. La decisión final también debe considerar los límites de transporte y la disponibilidad de unidades de repuesto.

¿Un sistema de 12 pulsos elimina completamente los armónicos?

No. Los armónicos 5.º y 7.º están en gran medida cancelados, pero el 11.º y el 13.º permanecen. En la práctica, es posible que aún aparezcan algunos componentes residuales 5.º y 7.º debido a un error de ángulo de fase o cargas desequilibradas. Es posible que se requieran filtros pasivos o activos adicionales para límites armónicos estrictos.

¿Se puede actualizar una instalación de 6 pulsos a 12 pulsos?

Generalmente no. El cambio de fase debe incorporarse en los devanados del transformador. La modernización requeriría reemplazar el transformador o agregar un transformador desfasador separado. La segunda opción puede ser posible en algunos casos, pero requiere una evaluación cuidadosa de la adaptación de impedancia y el espacio.

¿Cómo se determina el voltaje secundario?

El fabricante del rectificador calcula el voltaje requerido del lado de la válvula basándose en el voltaje de salida de CC, el circuito rectificador, la superposición de conmutación y la impedancia del transformador. Luego, el fabricante del transformador diseña el devanado secundario para que coincida con este voltaje. Cambiar el voltaje secundario después de la aprobación del diseño puede afectar todo el diseño del devanado.

¿Qué protección se recomienda para los transformadores rectificadores de 12 pulsos?

La protección contra sobrecorriente estándar puede funcionar mal debido a corrientes armónicas. Los relés de protección deben incluir restricción de armónicos o seleccionarse específicamente para servicio de rectificador. Se recomiendan monitoreo de temperatura, relés de gas, indicadores de nivel de aceite y dispositivos de alivio de presión para el transformador mismo. Para unidades grandes, se recomienda un monitoreo continuo de la temperatura del devanado y la condición del aceite.

Capacidad de fabricación

Yulan Transformer ha producido transformadores para hornos y transformadores rectificadores desde 1999. La empresa opera en condiciones de prueba y producción de clase de 110 kV, incluida una capacidad de elevación de 80 toneladas, un sistema de secado al vacío en fase de vapor de queroseno de 400 kW, un sistema de prueba de impulso de 1200 kV y un transformador de prueba de frecuencia eléctrica libre de descarga parcial de 400 kV. Estas instalaciones respaldan el procesamiento de aislamiento y la verificación en fábrica de grandes transformadores rectificadores industriales.

Para esquemas de cambio de fase, cálculos de pérdidas o esquemas específicos del proyecto, comuníquese con el departamento técnico de Yulan Transformer.