Industrieller 12-Puls-Gleichrichtertransformator

Warum 12-Puls statt 6-Puls

Ein 6-Puls-Gleichrichter entnimmt der Versorgung erhebliche Ströme der 5. und 7. Oberschwingung. Diese Oberwellen erhöhen die Wicklungsverluste, verursachen Spannungsverzerrungen und erfordern häufig eine externe Filterung. Ein 12-Puls-System verwendet zwei 6-Puls-Brücken, die mit phasenverschobenen Spannungen gespeist werden. Bei einer Phasenverschiebung von 30° heben sich die 5. und 7. Oberschwingungsströme auf der Primärseite auf. Die verbleibenden dominanten Harmonischen sind die 11. und 13., die einfacher zu handhaben sind und geringere Amplituden haben.

Dieser Ansatz ist in Industrieanlagen üblich, in denen Oberschwingungsgrenzwerte durch IEEE 519 oder ähnliche Netzvorschriften festgelegt sind. Es wird auch verwendet, wenn die Gleichrichterlast so groß ist, dass Oberschwingungsfilter allein kostspielig wären.

Systemkonfigurationen

Industrielle 12-Puls-Gleichrichtertransformatoren werden in zwei Hauptanordnungen geliefert.

Zwei separate Transformatoren

Es werden zwei 6-Puls-Transformatoren mit +15° und -15° Phasenverschiebungen gebaut. Jeder speist eine Gleichrichterbrücke. Diese Anordnung ermöglicht es, eine Einheit für Wartungsarbeiten außer Betrieb zu nehmen, während die andere mit reduzierter Last weiterarbeitet. Es vereinfacht auch den Transport bei sehr großen Nennwerten.

Einzeltransformator mit zwei Sekundärwicklungen

Ein Transformator enthält zwei ventilseitige Wicklungen, eine in Sternschaltung und eine in Dreieck. Der natürliche Phasenunterschied von 30° erzeugt den 12-Puls-Effekt. Dieses Design spart Platz und reduziert die Anzahl der primären Schaltanlagenanschlüsse, ein einzelner Fehler wirkt sich jedoch auf das gesamte Gleichrichtersystem aus.

Beide Konfigurationen bieten eine vergleichbare harmonische Unterdrückung. Die Wahl hängt vom Standortlayout, der Wartungsstrategie und den Redundanzanforderungen ab.

Typische industrielle Anwendungen

● Aluminium-, Kupfer- und Zink-Elektrolyseanlagen

● Chlor-Alkali-Elektrolyse in Chemieanlagen

● Gleichstromlichtbogenöfen und Unterpulveröfen

● Große Galvanik- und Eloxallinien

● Bahnstromversorgung für Stadtbahnsysteme

● Industrielle Gleichstromantriebe mit hoher Nennleistung

Technische Spezifikationen

Phasenverschiebungsgenauigkeit

Die Phasenverschiebung wird durch verlängerte Dreieck- oder Zickzack-Wicklungsschaltungen erzeugt. Die Windungszahl der Phasenschieberwicklung muss genau berechnet werden. Weicht der Phasenwinkel vom Auslegungswert ab, kommt es zu Kreisströmen zwischen den beiden Gleichrichterbrücken. Dies reduziert die Auslöschung der 5. und 7. Harmonischen und erhöht die Verluste.

Während der Produktion überprüft Yulan Transformer die Windungszahl der Phasenschieberwicklungen und misst den tatsächlichen Phasenwinkel während der Werkstests. Der Messwert wird im Prüfbericht festgehalten. Die typische Phasenwinkeltoleranz liegt innerhalb von ±0,5°.

Bei Anordnungen mit zwei Transformatoren muss die Kurzschlussimpedanz beider Einheiten nahe beieinander gehalten werden. Ein großer Impedanzunterschied führt zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung und schwächt den Effekt der Oberwellenunterdrückung.

Verluste und Temperaturanstieg

Ein 12-Puls-Gleichrichtertransformator eliminiert die meisten Oberschwingungsströme der 5. und 7. Generation, sodass die zusätzlichen Wicklungsverluste geringer sind als bei einem 6-Puls-Design. Allerdings bleiben die 11. und 13. Harmonische bestehen, und das Design sieht immer noch einen Spielraum für Wirbelstromverluste vor.

Der Kern arbeitet mit einer Flussdichte, die niedriger ist als die eines Standard-Verteilungstransformators. Dies vermeidet eine Sättigung, die durch mögliche Gleichstromkomponenten während Übergangsbedingungen verursacht wird. Der Temperaturanstieg wird unter dem angegebenen harmonischen Stromspektrum überprüft, nicht nur unter Sinusstrom.

Konstruktionsmerkmale

Wicklungen

Ventilseitige Ströme in industriellen Gleichrichteranwendungen erreichen oft mehrere tausend Ampere. Bei großen Einheiten werden Kreuzleiter oder mehrere parallele Leiter verwendet. Vertauschungen an den Wicklungsenden tragen dazu bei, die Stromverteilung auszugleichen und Umlaufverluste zu reduzieren.

Lead-Arrangement

Sekundärleitungen werden üblicherweise aus Kupferstäben hergestellt. Die Anordnung berücksichtigt Proximity-Effekte und mechanische Unterstützung. Üblich sind mehrere Sekundärdurchführungen oder Klemmbretter.

Panzerabschirmung

Der harmonische Fluss induziert Wirbelströme in den Tankwänden und Klemmstrukturen. Bei größeren Nennleistungen werden an der Innenfläche des Tanks magnetische oder elektromagnetische Abschirmungen angebracht. Dadurch werden Streuverluste reduziert und lokale Überhitzungen verhindert.

Tippen Sie auf Wechsler

Das Schalten von Stufen unter Last wird häufig im Gleichrichterbetrieb verwendet, um die Sekundärspannung anzupassen und den Gleichstromausgang zu steuern. Der Stufenschalter erhöht die Komplexität des Aktivteils und benötigt zusätzlichen Platz im Tank.

Werkstests

Zu den Routinetests gehören der Gleichstromwiderstand der Wicklung, das Spannungsverhältnis, der Isolationswiderstand, die Spannungsfestigkeit, die induzierte Überspannung, der Leerlaufverlust, der Lastverlust und die Kurzschlussimpedanz. Zu den weiteren Tests für 12-Puls-Gleichrichtertransformatoren gehören Phasenwinkelmessungen, Isolationsprüfungen zwischen den Wicklungen auf der Ventilseite und Teilentladungsmessungen.

Für Primärspannungen ab 35 kV werden Blitzstoßprüfungen gemäß den geltenden Normen durchgeführt. Auf Wunsch des Käufers können Temperaturanstiegsprüfungen unter harmonischen Strombedingungen durchgeführt werden. Prüfprotokolle werden nach Seriennummer archiviert und können auf Wickel- und Kernmontageprozesse zurückgeführt werden.

FAQ

Was ist bei einer Neuinstallation besser: ein Dual-Sekundärtransformator oder zwei separate Transformatoren?

Bei kleineren Nennleistungen ist ein einzelner Transformator mit zwei Sekundärwicklungen in der Regel wirtschaftlicher und benötigt weniger Stellfläche. Bei größeren Nennleistungen oder wenn Wartungsflexibilität wichtig ist, werden zwei separate Transformatoren bevorzugt. Bei der endgültigen Entscheidung sollten auch Transportbeschränkungen und die Verfügbarkeit von Ersatzeinheiten berücksichtigt werden.

Eliminiert ein 12-Puls-System Oberschwingungen vollständig?

Nein. Die 5. und 7. Harmonische werden weitgehend gestrichen, die 11. und 13. bleiben jedoch bestehen. In der Praxis können aufgrund von Phasenwinkelfehlern oder unsymmetrischen Lasten immer noch einige verbleibende 5. und 7. Komponenten auftreten. Für strenge Oberwellengrenzwerte können zusätzliche passive oder aktive Filter erforderlich sein.

Kann eine 6-Puls-Anlage auf eine 12-Puls-Anlage aufgerüstet werden?

Generell nein. Die Phasenverschiebung muss in die Transformatorwicklungen eingebaut werden. Eine Nachrüstung würde den Austausch des Transformators oder den Einbau eines separaten Phasenschiebertransformators erfordern. Die zweite Option mag in einigen Fällen möglich sein, erfordert jedoch eine sorgfältige Bewertung der Impedanzanpassung und des Platzbedarfs.

Wie wird die Sekundärspannung ermittelt?

Der Gleichrichterhersteller berechnet die erforderliche Spannung auf der Ventilseite anhand der DC-Ausgangsspannung, der Gleichrichterschaltung, der Kommutierungsüberlappung und der Transformatorimpedanz. Der Transformatorhersteller legt dann die Sekundärwicklung entsprechend dieser Spannung aus. Eine Änderung der Sekundärspannung nach der Designfreigabe kann Auswirkungen auf die gesamte Wicklungsanordnung haben.

Welcher Schutz wird für 12-Puls-Gleichrichtertransformatoren empfohlen?

Der standardmäßige Überstromschutz kann aufgrund von Oberschwingungsströmen fehlerhaft funktionieren. Schutzrelais sollten eine Oberschwingungsbeschränkung beinhalten oder speziell für den Gleichrichterbetrieb ausgewählt werden. Für den Transformator selbst werden Temperaturüberwachung, Gasrelais, Ölstandsanzeiger und Druckentlastungseinrichtungen empfohlen. Bei großen Anlagen empfiehlt sich eine kontinuierliche Überwachung der Wicklungstemperatur und des Ölzustandes.

Fertigungskapazität

Yulan Transformer produziert seit 1999 Ofentransformatoren und Gleichrichtertransformatoren. Das Unternehmen arbeitet unter Produktions- und Testbedingungen der 110-kV-Klasse, einschließlich einer Hebekapazität von 80 Tonnen, einem 400-kW-Kerosin-Dampfphasen-Vakuumtrocknungssystem, einem 1.200-kV-Impulstestsystem und einem teilentladungsfreien 400-kV-Leistungsfrequenz-Testtransformator. Diese Einrichtungen unterstützen die Isolationsverarbeitung und Werksprüfung großer industrieller Gleichrichtertransformatoren.

Für projektspezifische Phasenverschiebungspläne, Verlustberechnungen oder Umrisszeichnungen wenden Sie sich bitte an die technische Abteilung von Yulan Transformer.