Industrieller 24-Puls-Gleichrichtertransformator

Industrieanlagen mit großen Gleichstromlasten unterliegen häufig strengen Oberschwingungsgrenzwerten gemäß IEEE 519 oder regionalen Netzvorschriften. Ein 12-Puls-Gleichrichter entfernt die 5. und 7. Harmonische, lässt aber die 11. und 13. Harmonische bestehen. Eine 24-Puls-Anordnung erweitert das Phasenverschiebungskonzept so, dass die dominanten Oberschwingungsströme auf der Primärseite ab der 23. Ordnung beginnen. Yulan Transformer liefert industrielle 24-Puls-Gleichrichtertransformatoren von 630 kVA bis 80.000 kVA mit Primärspannungen von 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV oder 35 kV.

Harmonische Aufhebungslogik

Ein 24-Puls-System verwendet vier 6-Puls-Gleichrichterbrücken. Die diese Brücken speisenden Transformatoren sind phasenverschoben, so dass die Brückeneingangsspannungen um 15° voneinander getrennt sind. Auf der Primärseite heben sich die 5., 7., 11. und 13. Oberschwingungsströme weitgehend auf. Die restlichen charakteristischen Harmonischen beginnen bei der 23. Ordnung, haben eine deutlich geringere Amplitude und lassen sich bei Bedarf leichter filtern.

Das Ergebnis ist eine sauberere Primärstromwellenform und eine geringere Spannungsverzerrung am gemeinsamen Kopplungspunkt. Dadurch kann in vielen Anwendungen der Bedarf an großen passiven Filterbänken entfallen.

Phasenverschiebungskonfigurationen

Die gebräuchlichsten Phasenverschiebungskombinationen für den 24-Puls-Betrieb sind:

Brücke	Phasenverschiebung (Beispiel)
Brücke 1	+7,5°
Brücke 2	-7,5°
Brücke 3	+22,5°
Brücke 4	-22,5°

Je nach Systemdesign kommen auch andere Kombinationen wie 0°, 15°, 30° und 45° zum Einsatz. Den genauen Satz legt der Gleichrichterhersteller oder der projektierende Elektroinstallateur fest.

Systemvereinbarungen

Vier unabhängige Transformatoren

Jeder Transformator speist eine Gleichrichterbrücke und ist mit einer bestimmten Phasenverschiebung aufgebaut. Die Wartung ist flexibel, da eine Einheit herausgenommen werden kann, während die anderen drei mit reduzierter Last weiterarbeiten. Der Nachteil ist eine größere Stellfläche und mehr Schaltanlagenanschlüsse.

Zwei Dual-Sekundärtransformatoren

Jeder Transformator enthält zwei verteilerseitige Wicklungen mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen. Beispielsweise bietet eine Einheit +7,5° und -7,5° und die andere +22,5° und -22,5°. Dies reduziert die Anzahl der Geräte und die Stellfläche im Vergleich zur Option mit vier Einheiten.

Einzelner Transformator mit mehreren Wicklungen

Ein Transformator beherbergt vier verteilerseitige Wicklungen mit jeweils unterschiedlichem Phasenwinkel. Dies spart am meisten Platz, bedeutet aber, dass ein einzelner Transformatorausfall das gesamte Gleichrichtersystem unterbricht. Auch die Fertigungskomplexität ist höher.

Die harmonische Löschleistung ist bei diesen Anordnungen gleich. Standortlayout, Redundanzbedarf und Transportbeschränkungen entscheiden in der Regel über die Auswahl.

Technische Spezifikationen

Artikel	Parameter
Anwendbare Normen	IEC, GB, ANSI/IEEE, NEMA und branchenspezifische Spezifikationen
Nennkapazität	630 kVA bis 80.000 kVA
Primäre Nennspannung	6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV oder 35 kV
Sekundärspannung	Wird durch die Gleichrichterschaltung bestimmt, üblicherweise 380 V bis 3000 V
Nennfrequenz	50 Hz oder 60 Hz
Phase	Dreiphasig
Phasenverschiebungskombination	±7,5°/±22,5° oder andere projektspezifische Sets
Primäre Verbindung	Delta oder Stern
Sekundärer Anschluss	Stern-, Dreieck-, Mehrfachwicklung oder Zickzack
Kurzschlussimpedanz	6 % bis 12 % oder wie angegeben
Kühlmethode	ONAN, ONAF oder OFWF
Spannungsregelung	Stufenschaltung im stromlosen Zustand oder unter Last

Designüberlegungen für 24-Puls-Einheiten

Phasenwinkelgenauigkeit

Die harmonische Auslöschung hängt von den relativen Phasenlagen der vier Brücken ab. Eine Abweichung in einem Wicklungssatz verringert die Auslöschung des entsprechenden harmonischen Paares. Yulan Transformer überprüft die Windungszahl jeder Phasenschieberwicklung und misst die tatsächlichen Phasenwinkel während der Werksprüfung. Die Toleranz wird innerhalb von ±0,5° gehalten.

Impedanzanpassung

Wenn mehrere Transformatoren ein 24-Puls-System bilden, müssen ihre Kurzschlussimpedanzen genau aufeinander abgestimmt sein. Große Impedanzunterschiede führen zu einer ungleichmäßigen Stromaufteilung zwischen den Brücken, wodurch die Oberwellenunterdrückung geschwächt wird und eine Brücke überlastet werden kann. Die Impedanztoleranz wird in der Entwurfsphase definiert und durch Tests überprüft.

Wicklung und Kern

Ventilseitige Ströme sind häufig hoch und erfordern vertauschte Leiter oder mehrere parallele Leiter. Der Kern arbeitet unterhalb der Flussdichte eines Standard-Verteilungstransformators, um eine Sättigung durch transiente Gleichstromkomponenten zu vermeiden. Das Wicklungsdesign berücksichtigt einen Spielraum für Wirbelstromverluste, die durch die verbleibenden 23. und 25. Oberschwingungsströme verursacht werden.

Tankabschirmung

Der harmonische Streufluss induziert Wirbelströme in den Tankwänden und Klemmstrukturen. Bei größeren Nennleistungen werden magnetische oder elektromagnetische Abschirmungen auf der inneren Tankoberfläche angebracht, um Streuverluste zu reduzieren und Hotspots zu verhindern.

Werkstests

Routinetests umfassen den Gleichstromwiderstand der Wicklung, das Spannungsverhältnis, den Isolationswiderstand, die Netzfrequenzfestigkeit, die induzierte Überspannung, den Leerlaufverlust, den Lastverlust und die Kurzschlussimpedanz. Bei 24-Puls-Geräten umfassen die zusätzlichen Messungen:

● Überprüfung des Phasenwinkels für jeden ventilseitigen Wicklungssatz

● Isolationsprüfung zwischen verschiedenen ventilseitigen Wicklungen

● Teilentladungsmessung

● Blitzstoßprüfung für Primärspannungen ab 35 kV

Temperaturanstiegstests unter einem spezifizierten harmonischen Stromspektrum können arrangiert werden, wenn der Käufer das erwartete Lastprofil angibt. Testdaten werden nach Seriennummer archiviert und auf die Aufzeichnungen der Wicklungs- und Kernbaugruppe zurückgeführt.

FAQ

Wie viel Oberwellenreduzierung bietet 24-Puls im Vergleich zu 12-Puls?

Bei einem 12-Puls-System sind typischerweise die 11. und 13. Harmonische die dominierenden Komponenten. Ein 24-Puls-System hebt diese ebenfalls auf, sodass die Primärstromharmonischen ab der 23. Ordnung beginnen. Die gesamte harmonische Stromverzerrung sinkt je nach Last- und Impedanzbedingungen oft von etwa 8 % bis 10 % bei 12-Pulsen auf unter 4 % bei 24-Pulsen.

Ist 24-Puls immer teurer als 12-Puls?

Der Transformatorteil ist aufgrund der zusätzlichen Phasenschieberwicklungen oder zusätzlichen Einheiten teurer. Die Kosten für passive Filter können jedoch viel niedriger sein, und bei einigen Projekten sind die gesamten Installationskosten vergleichbar oder sogar niedriger, wenn Filtereinsparungen berücksichtigt werden. Bei einem detaillierten Vergleich sollten die Gerätekosten, die Bodenfläche und die laufende Wartung der Filterkomponenten berücksichtigt werden.

Was passiert, wenn ein Transformator in einer Vierer-Anordnung ausfällt?

Die verbleibenden drei Einheiten können weiter betrieben werden, die eingestellte Phasenverschiebung ist jedoch nicht mehr ausgeglichen. Einige Harmonische niedrigerer Ordnung treten auf der Primärseite wieder auf. Das System sollte mit reduzierter Last betrieben werden, bis das ausgefallene Gerät repariert oder ersetzt wird. Bei einem einzelnen Mehrwicklungstransformator wirkt sich ein Ausfall auf das gesamte Gleichrichtersystem aus.

Kann eine 12-Puls-Anlage auf eine 24-Puls-Anlage aufgerüstet werden?

Nicht einfach. Die zusätzlichen Phasenverschiebungen müssen in die Transformatorwicklungen eingebaut werden. Eine Nachrüstung würde das Hinzufügen eines oder mehrerer Phasenschiebertransformatoren oder den Austausch der vorhandenen Einheiten erfordern. Platzbedarf, Impedanzanpassung und Verbindungskomplexität erfordern eine sorgfältige Bewertung, bevor eine solche Änderung vorgenommen wird.

Brauchen 24-Puls-Systeme noch Oberschwingungsfilter?

In vielen Fällen nicht, aber dies hängt von den Netzanforderungen und der Menge des Reststroms der 23. und 25. Harmonischen ab. Bei sehr strengen Grenzwerten oder bei ungleichmäßiger Belastung können dennoch kleine Filterzweige eingebaut werden. Ihre Größe und Kosten liegen weit unter denen, die für 6-Puls- oder 12-Puls-Anordnungen erforderlich sind.

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 von 24-Puls-Gleichrichtertransformatoren mit mehreren Wicklungen.

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