Transformador rectificador de potencia industrial de 24 pulsos

Las plantas industriales con grandes cargas de CC a menudo enfrentan límites estrictos de armónicos según IEEE 519 o códigos de red regionales. Un rectificador de 12 pulsos elimina los armónicos 5 y 7, pero deja presentes los armónicos 11 y 13. Una disposición de 24 pulsos amplía el concepto de cambio de fase de modo que las corrientes armónicas dominantes en el lado primario comienzan desde el orden 23. Yulan Transformer suministra transformadores rectificadores de potencia industriales de 24 pulsos desde 630 kVA hasta 80.000 kVA, con voltajes primarios de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV o 35 kV.

Lógica de cancelación armónica

Un sistema de 24 pulsos utiliza cuatro puentes rectificadores de 6 pulsos. Los transformadores que alimentan estos puentes están desfasados ​​de modo que los voltajes de entrada del puente estén separados 15° entre sí. En el lado primario, las corrientes armónicas 5.º, 7.º, 11.º y 13.º se cancelan en gran medida. Los armónicos característicos restantes comienzan en el orden 23, que tienen una amplitud mucho menor y son más fáciles de filtrar si es necesario.

El resultado es una forma de onda de corriente primaria más limpia y una distorsión de voltaje reducida en el punto de acoplamiento común. Esto puede eliminar la necesidad de grandes bancos de filtros pasivos en muchas aplicaciones.

Configuraciones de cambio de fase

Las combinaciones de cambio de fase más comunes para operación de 24 pulsos son:

Puente	Cambio de fase (ejemplo)
Puente 1	+7,5°
Puente 2	-7,5°
Puente 3	+22,5°
Puente 4	-22,5°

También se utilizan otras combinaciones, como 0°, 15°, 30° y 45°, según el diseño del sistema. El conjunto exacto lo determina el fabricante del rectificador o el ingeniero eléctrico del proyecto.

Disposiciones del sistema

Cuatro transformadores independientes

Cada transformador alimenta un puente rectificador y está construido con un cambio de fase específico. El mantenimiento es flexible porque se puede retirar una unidad mientras las otras tres continúan funcionando con carga reducida. El inconveniente es que ocupa más espacio y hay más conexiones de aparamenta.

Dos transformadores de doble secundario

Cada transformador contiene dos devanados del lado de la válvula con diferentes desfases. Por ejemplo, una unidad proporciona +7,5° y -7,5°, y la otra proporciona +22,5° y -22,5°. Esto reduce el número de equipos y el espacio en comparación con la opción de cuatro unidades.

Transformador simple de múltiples devanados

Un transformador alberga cuatro devanados del lado de la válvula, cada uno con un ángulo de fase diferente. Esto ahorra la mayor cantidad de espacio, pero significa que una sola falla del transformador interrumpe todo el sistema rectificador. La complejidad de la fabricación también es mayor.

El rendimiento de cancelación armónica es equivalente entre estos arreglos. El diseño del sitio, las necesidades de redundancia y las limitaciones de transporte generalmente deciden cuál se selecciona.

Especificaciones técnicas

Artículo	Parámetro
Normas aplicables	IEC, GB, ANSI/IEEE, NEMA y especificaciones específicas de la industria
Capacidad nominal	630 kVA a 80.000 kVA
Tensión nominal primaria	6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV o 35 kV
voltaje secundario	Determinado por el circuito rectificador, comúnmente de 380 V a 3000 V.
Frecuencia nominal	50Hz o 60Hz
Fase	trifásico
Combinación de cambio de fase	±7,5°/±22,5° u otros conjuntos especificados por el proyecto
Conexión primaria	Delta o estrella
Conexión secundaria	Estrella, delta, devanado múltiple o zigzag
Impedancia de cortocircuito	6% a 12% o según lo especificado
Método de enfriamiento	ONAN, ONAF u OFWF
Regulación de voltaje	Cambio de tomas bajo carga o fuera de circuito

Consideraciones de diseño para unidades de 24 pulsos

Precisión del ángulo de fase

La cancelación armónica depende de las posiciones de fase relativas de los cuatro puentes. Una desviación en cualquier conjunto de devanados reduce la cancelación del par armónico correspondiente. Yulan Transformer verifica el recuento de vueltas de cada devanado desfasador y mide los ángulos de fase reales durante las pruebas de fábrica. La tolerancia se mantiene dentro de ±0,5°.

Coincidencia de impedancia

Cuando varios transformadores forman un sistema de 24 pulsos, sus impedancias de cortocircuito deben coincidir estrechamente. Las grandes diferencias de impedancia provocan un reparto desigual de corriente entre los puentes, lo que debilita la supresión de armónicos y puede sobrecargar un puente. La tolerancia de impedancia se define en la etapa de diseño y se verifica mediante prueba.

Bobinado y núcleo

Las corrientes del lado de la válvula suelen ser elevadas y requieren conductores transpuestos o varios conductores paralelos. El núcleo opera por debajo de la densidad de flujo de un transformador de distribución estándar para evitar la saturación de componentes de CC transitorios. El diseño del devanado incluye un margen para las pérdidas por corrientes parásitas causadas por las corrientes armónicas restantes 23 y 25.

Blindaje del tanque

El flujo de fuga armónica induce corrientes parásitas en las paredes del tanque y las estructuras de sujeción. Se instalan protectores magnéticos o electromagnéticos en la superficie interior del tanque para clasificaciones más grandes para reducir las pérdidas perdidas y evitar puntos calientes.

Pruebas de fábrica

Las pruebas de rutina cubren la resistencia de CC del devanado, la relación de voltaje, la resistencia de aislamiento, la resistencia a la frecuencia industrial, la sobretensión inducida, la pérdida sin carga, la pérdida con carga y la impedancia de cortocircuito. Para unidades de 24 pulsos, las medidas adicionales incluyen:

● Verificación del ángulo de fase para cada conjunto de devanados del lado de la válvula

● Prueba de aislamiento entre diferentes devanados del lado de la válvula

● Medición de descargas parciales

● Prueba de impulso de rayo para tensiones primarias de 35 kV y superiores

Las pruebas de aumento de temperatura bajo un espectro de corriente armónica específico se pueden organizar cuando el comprador proporciona el perfil de carga esperado. Los datos de prueba se archivan por número de serie y se rastrean hasta los registros del devanado y del conjunto del núcleo.

Preguntas frecuentes

¿Cuánta reducción de armónicos proporciona 24 pulsos en comparación con 12 pulsos?

Un sistema de 12 pulsos normalmente deja los armónicos 11 y 13 como componentes dominantes. Un sistema de 24 pulsos también los cancela, por lo que los armónicos de corriente primarios comienzan desde el orden 23. La distorsión armónica total de la corriente a menudo cae desde alrededor del 8% al 10% para 12 pulsos a menos del 4% para 24 pulsos, dependiendo de las condiciones de carga e impedancia.

¿Los 24 pulsos son siempre más caros que los 12 pulsos?

La parte del transformador es más cara debido a los devanados desfasadores adicionales o a las unidades adicionales. Sin embargo, el costo de los filtros pasivos puede ser mucho menor y, en algunos proyectos, el costo total de instalación es comparable o incluso menor si se incluyen los ahorros en filtros. Una comparación detallada debe considerar el costo del equipo, el área del piso y el mantenimiento continuo de los componentes del filtro.

¿Qué sucede si falla un transformador en una disposición de cuatro unidades?

Las tres unidades restantes pueden seguir funcionando, pero el conjunto de cambio de fase ya no está equilibrado. Algunos armónicos de orden inferior reaparecerán en el lado primario. El sistema debe funcionar con carga reducida hasta que se repare o reemplace la unidad defectuosa. Con un solo transformador de múltiples devanados, una falla afecta a todo el sistema rectificador.

¿Se puede actualizar una instalación de 12 pulsos a 24 pulsos?

No fácilmente. Los cambios de fase adicionales deben incorporarse en los devanados del transformador. La modernización requeriría agregar uno o más transformadores desfasadores o reemplazar las unidades existentes. El espacio, la adaptación de impedancias y la complejidad de la conexión necesitan una evaluación cuidadosa antes de comprometerse con dicho cambio.

¿Los sistemas de 24 pulsos todavía necesitan filtros de armónicos?

En muchos casos no, pero esto depende de los requisitos de la red y de la cantidad de corriente residual de los armónicos 23 y 25. Para límites muy estrictos o cuando la carga está desequilibrada, aún se pueden instalar pequeñas ramas de filtro. Su tamaño y costo son mucho más bajos que los requeridos para disposiciones de 6 o 12 pulsos.

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 apoyan el procesamiento de aislamiento y la verificación en fábrica de transformadores rectificadores de múltiples devanados de 24 pulsos.

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