Industriële 24-puls gelijkrichtertransformator

Industriële installaties met grote DC-belastingen worden vaak geconfronteerd met strikte harmonische limieten onder IEEE 519 of regionale netcodes. Een gelijkrichter met 12 pulsen verwijdert de 5e en 7e harmonischen, maar laat de 11e en 13e aanwezig. Een opstelling met 24 pulsen breidt het faseverschuivingsconcept uit, zodat de dominante harmonische stromen aan de primaire zijde beginnen vanaf de 23e orde. Yulan Transformer levert industriële 24-puls gelijkrichtertransformatoren van 630 kVA tot 80.000 kVA, met primaire spanningen van 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV of 35 kV.

Harmonische annuleringslogica

Een 24-pulssysteem maakt gebruik van vier gelijkrichtbruggen met 6 pulsen. De transformatoren die deze bruggen voeden, zijn in fase verschoven, zodat de ingangsspanningen van de brug 15° van elkaar gescheiden zijn. Aan de primaire kant vallen de 5e, 7e, 11e en 13e harmonische stromen grotendeels weg. De resterende karakteristieke harmonischen beginnen bij de 23e orde, die een veel lagere amplitude hebben en indien nodig gemakkelijker te filteren zijn.

Het resultaat is een schonere primaire stroomgolfvorm en verminderde spanningsvervorming op het punt van gemeenschappelijke koppeling. Dit kan bij veel toepassingen de noodzaak voor grote passieve filterbanken elimineren.

Faseverschuivingsconfiguraties

De meest voorkomende faseverschuivingscombinaties voor 24-pulswerking zijn:

Brug	Faseverschuiving (voorbeeld)
Brug 1	+7,5°
Brug 2	-7,5°
Brug 3	+22,5°
Brug 4	-22,5°

Afhankelijk van het systeemontwerp worden ook andere combinaties zoals 0°, 15°, 30° en 45° gebruikt. De exacte set wordt bepaald door de fabrikant van de gelijkrichter of de elektrotechnisch ingenieur van het project.

Systeemregelingen

Vier onafhankelijke transformatoren

Elke transformator voedt één gelijkrichtbrug en is gebouwd met een specifieke faseverschuiving. Het onderhoud is flexibel omdat één unit kan worden verwijderd terwijl de andere drie met verminderde belasting blijven werken. Het nadeel is een grotere voetafdruk en meer schakelapparatuurverbindingen.

Twee dual-secundaire transformatoren

Elke transformator bevat twee wikkelingen aan de klepzijde met verschillende faseverschuivingen. Eén eenheid biedt bijvoorbeeld +7,5° en -7,5°, en de andere biedt +22,5° en -22,5°. Dit vermindert het aantal apparatuur en het vloeroppervlak in vergelijking met de optie met vier units.

Enkele transformator met meerdere wikkelingen

Eén transformator herbergt vier wikkelingen aan de klepzijde, elk met een andere fasehoek. Dit bespaart de meeste ruimte, maar betekent dat één enkele transformatorstoring het hele gelijkrichtersysteem onderbreekt. De complexiteit van de productie is ook hoger.

De harmonische annuleringsprestaties zijn bij deze arrangementen gelijkwaardig. De indeling van de locatie, de behoefte aan redundantie en transportbeperkingen bepalen doorgaans welke locatie wordt geselecteerd.

Technische specificaties

Item	Parameter
Toepasselijke normen	IEC, GB, ANSI/IEEE, NEMA en branchespecifieke specificaties
Nominale capaciteit	630 kVA tot 80.000 kVA
Primaire nominale spanning	6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV of 35 kV
Secundaire spanning	Bepaald door het gelijkrichtcircuit, gewoonlijk 380 V tot 3000 V
Nominale frequentie	50 Hz of 60 Hz
Fase	Driefasig
Faseverschuivingscombinatie	±7,5°/±22,5° of andere projectspecifieke sets
Primaire verbinding	Delta of wye
Secundaire verbinding	Wye, delta, multi-winding of zigzag
Kortsluitimpedantie	6% tot 12% of zoals gespecificeerd
Koelmethode	ONAN, ONAF of OFWF
Spanningsregeling	Off-circuit of on-load kraanwissel

Ontwerpoverwegingen voor 24-pulseenheden

Nauwkeurigheid van fasehoek

Harmonische annulering hangt af van de relatieve faseposities van de vier bruggen. Een afwijking in een bepaalde wikkelingsset vermindert de annulering van het overeenkomstige harmonische paar. Yulan Transformer verifieert het aantal windingen van elke faseverschuivende wikkeling en meet de werkelijke fasehoeken tijdens fabriekstests. De tolerantie wordt binnen ±0,5° gehouden.

Impedantie-aanpassing

Wanneer meerdere transformatoren een 24-pulssysteem vormen, moeten hun kortsluitimpedanties nauw op elkaar afgestemd zijn. Grote impedantieverschillen veroorzaken een ongelijkmatige stroomverdeling tussen bruggen, wat de harmonische onderdrukking verzwakt en één brug kan overbelasten. Impedantietolerantie wordt in de ontwerpfase gedefinieerd en door middel van tests geverifieerd.

Wikkeling en kern

De stromen aan de klepzijde zijn vaak hoog, waardoor getransponeerde geleiders of meerdere parallelle geleiders nodig zijn. De kern werkt onder de fluxdichtheid van een standaard distributietransformator om verzadiging door transiënte DC-componenten te voorkomen. Het ontwerp van de wikkeling omvat een marge voor wervelstroomverliezen veroorzaakt door de resterende 23e en 25e harmonische stromen.

Tankafscherming

Harmonische lekflux induceert wervelstromen in de tankwanden en klemconstructies. Voor grotere vermogens zijn magnetische of elektromagnetische schilden op het binnenoppervlak van de tank geïnstalleerd om zwerfverliezen te verminderen en hotspots te voorkomen.

Fabriekstests

Routinetests hebben betrekking op de DC-weerstand van de wikkeling, de spanningsverhouding, de isolatieweerstand, de netfrequentiebestendigheid, geïnduceerde overspanning, nullastverlies, belastingsverlies en kortsluitimpedantie. Voor 24-pulseenheden omvatten aanvullende metingen:

● Fasehoekverificatie voor elke wikkelingsset aan klepzijde

● Isolatietesten tussen verschillende wikkelingen aan de klepzijde

● Deelontladingsmeting

● Blikseminpulstest voor primaire spanningen van 35 kV en hoger

Tests voor temperatuurstijging onder een gespecificeerd harmonisch stroomspectrum kunnen worden geregeld wanneer de koper het verwachte belastingsprofiel verstrekt. Testgegevens worden gearchiveerd op serienummer en herleid tot de wikkelings- en kernassemblagerecords.

Veelgestelde vragen

Hoeveel harmonische reductie biedt 24-puls vergeleken met 12-puls?

Een 12-pulssysteem laat doorgaans de 11e en 13e harmonischen over als de dominante componenten. Een 24-pulssysteem heft deze ook op, zodat de primaire stroomharmonischen beginnen vanaf de 23e orde. De totale harmonische stroomvervorming daalt vaak van ongeveer 8% naar 10% voor 12-pulsen tot minder dan 4% voor 24-pulsen, afhankelijk van de belasting en impedantieomstandigheden.

Is 24-puls altijd duurder dan 12-puls?

Het transformatorgedeelte is duurder vanwege de extra faseverschuivende wikkelingen of extra eenheden. De kosten van passieve filters kunnen echter veel lager zijn, en bij sommige projecten zijn de totale geïnstalleerde kosten vergelijkbaar of zelfs lager als de filterbesparingen worden meegerekend. Bij een gedetailleerde vergelijking moet rekening worden gehouden met de apparatuurkosten, het vloeroppervlak en het voortdurende onderhoud van filtercomponenten.

Wat gebeurt er als één transformator in een opstelling met vier eenheden uitvalt?

De overige drie units kunnen blijven werken, maar de faseverschuivingsset is niet langer in balans. Sommige harmonischen van lagere orde zullen opnieuw verschijnen aan de primaire zijde. Het systeem moet met verminderde belasting draaien totdat de defecte eenheid is gerepareerd of vervangen. Bij een enkele transformator met meerdere wikkelingen heeft een storing gevolgen voor het gehele gelijkrichtersysteem.

Kan een 12-pulsinstallatie worden opgewaardeerd naar 24-puls?

Niet gemakkelijk. De extra faseverschuivingen moeten in de transformatorwikkelingen worden ingebouwd. Voor retrofits zou het toevoegen van een of meer faseverschuivende transformatoren nodig zijn of het vervangen van de bestaande eenheden. Ruimte, impedantiematching en verbindingscomplexiteit vereisen een zorgvuldige evaluatie voordat een dergelijke verandering wordt doorgevoerd.

Hebben 24-pulssystemen nog steeds harmonische filters nodig?

In veel gevallen niet, maar dit hangt af van de netvereisten en de hoeveelheid resterende 23e en 25e harmonische stroom. Bij zeer strikte limieten of wanneer de belasting uit balans is, kunnen er toch kleine filtertakken worden geïnstalleerd. Hun omvang en kosten zijn veel lager dan die vereist voor 6-puls- of 12-pulsarrangementen.

Productiecapaciteit

Yulan Transformer produceert sinds 1999 oventransformatoren en gelijkrichtertransformatoren. Het bedrijf opereert onder productie- en testomstandigheden van de 110 kV-klasse, waaronder een hefvermogen van 80 ton, een vacuümdroogsysteem in de kerosinedampfase van 400 kW, een impulstestsysteem van 1.200 kV en een 400 kV-vrije netfrequentietesttransformator met gedeeltelijke ontlading. Deze faciliteiten ondersteunen de isolatieverwerking en fabrieksverificatie van meerwikkelige 24-pulsgelijkrichtertransformatoren.

Voor projectspecifieke faseverschuivingsschema's, verliesberekeningen of schetstekeningen kunt u contact opnemen met de technische afdeling van Yulan Transformer.