Multi-Split-Gleichrichtertransformator

In Anlagen zur Elektrolyse, Galvanisierung und großen Gleichstromantrieben kann der Gleichstrom auf der Ventilseite mehrere Zehntausend Ampere erreichen. Die Verwendung einer einpfadigen ventilseitigen Wicklung führt zu einem übermäßig großen Leiterquerschnitt, was die Durchführung der Wicklung und des Anschlusses erschwert und gleichzeitig das Risiko einer lokalen Überhitzung bei steigendem Strom erhöht. Multi-Split-Gleichrichtertransformatoren unterteilen die verteilerseitige Wicklung in mehrere unabhängige Zweige, die jeweils eine andere Gleichrichterbrücke versorgen; Dies reduziert den Strom pro Zweig und erhöht die Betriebsflexibilität des Systems. Yulan Transformer stellt Multi-Split-Gleichrichtertransformatoren mit Kapazitäten von 630 kVA bis 80.000 kVA und netzseitigen Nennspannungen von 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV und 35 kV her.

Funktion der Split-Struktur

Durch die Aufteilung der ventilseitigen Wicklung wird der Strom in jedem Zweig reduziert, wodurch der erforderliche Leiterquerschnitt und die Spezifikationen für die Anschlussstromschiene verringert werden, was die Herstellung vereinfacht. Die geteilten Zweige sind über den Magnetkreis des Kerns gekoppelt, wodurch eine spezifische „geteilte Impedanz“ entsteht. Diese Impedanz begrenzt die Auswirkungen eines Kurzschlusses in einem Zweig auf die anderen und unterdrückt zirkulierende Ströme zwischen Gleichrichterbrücken.

Bei Gleichstromversorgungen für die Elektrolyse wird die Multi-Split-Struktur häufig mit einer „in-phase invers-parallel“-Konfiguration kombiniert. Benachbarte geteilte Wicklungen teilen sich die gleiche Spannungsphase, haben aber entgegengesetzte Abgangsrichtungen, was dazu führt, dass sich Magnetfelder gegenseitig aufheben; Dadurch werden Schlitzstreufluss und Streuverluste in Strukturbauteilen reduziert.

Gängige Split-Konfigurationen

Dual-Split

Die verteilerseitige Wicklung ist in zwei unabhängige Zweige unterteilt, die jeweils an eine separate Gleichrichterbrücke angeschlossen werden können. Die Dual-Split-Struktur ist die einfachste Konfiguration und wird üblicherweise für Elektrolyse- oder Galvanik-Stromversorgungen mittlerer Kapazität verwendet.

Dreifach-Split und Vierfach-Split

Die ventilseitige Wicklung ist in drei oder vier Zweige unterteilt und eignet sich für Anwendungen, die höhere Ströme oder mehrere Gleichstromausgänge erfordern. Jeder Zweig kann unabhängig geschaltet werden, sodass die verbleibenden Zweige auch dann weiterarbeiten können, wenn ein Teil der Last abgeschaltet wird.

Axiale Teilung und radiale Teilung

Beim axialen Teilen werden Hoch- und Niederspannungswicklungssegmente entlang der Höhe des Kernschenkels angeordnet, beim radialen Teilen werden mehrere Wicklungslagen in radialer Richtung gebildet. Diese beiden Methoden führen zu unterschiedlichen Impedanz- und Streuflussverteilungen; Die Wahl hängt von den Gleichrichterparametern und den Kurzschlussanforderungen ab. Technische Spezifikationen

Artikelparameter

Designherausforderungen

Geteilte Impedanzkontrolle

Die Größe der geteilten Impedanz wirkt sich direkt auf die Stromverteilung zwischen Gleichrichterbrücken und die Höhe des Kurzschlussstroms aus. Wenn die Impedanz zu niedrig ist, kommt es bei einem Einzelzweigfehler zu erheblichen Stromschwankungen in anderen Zweigen; Wenn sie zu hoch ist, erhöhen sich die Verluste und die Leistung der DC-Ausgangsspannungsregelung verschlechtert sich. Das Design erfordert das Erreichen von Zielwerten durch Anpassungen der Wicklungsanordnung und der geometrischen Abmessungen, basierend auf dem vom Gleichrichterhersteller angegebenen Impedanzbereich.

Hochstrom-Ausgang

Der Gesamtstrom auf der Ventilseite kann Zehntausende Ampere erreichen; Auch nach der Aufteilung bleibt der Strom in einem einzelnen Zweig sehr hoch. Bei Leitungsausgängen werden in der Regel mehrere parallele Kupfersammelschienen verwendet. Es sind gleichmäßige Abstands- und Versetzungsmaßnahmen erforderlich, um eine gleichmäßige Stromverteilung über die parallelen Stäbe sicherzustellen und örtliche Überhitzungen zu verhindern. Einige Produkte verfügen über großflächige Anschlussplatinen an der Tankseitenwand, um Übergangswiderstände zu minimieren.

Leckfluss und Strukturkomponentenerwärmung

Hochstromwicklungen erzeugen starke magnetische Streufelder und induzieren Wirbelströme in Klemmstrukturen, Verbindungsplatten und Tankwänden. Multi-Split-Designs erfordern häufig eine magnetische Abschirmung an den Innenwänden des Tanks sowie geschlitzte Klemmen oder die Verwendung nichtmagnetischer Materialien, um Streuverluste zu reduzieren. Auswahl der Kühlmethode

Multi-Split-Gleichrichtertransformatoren mit großer Kapazität verwenden typischerweise eine Zwangsöl-Wasserkühlung (OFWF) oder eine Zwangsöl-Luftkühlung (OFAF). Bei der Wahl des Kühlers muss die zusätzliche Wärme berücksichtigt werden, die durch Oberschwingungsverluste entsteht. Thermische Berechnungen können sich nicht ausschließlich auf Schätzungen stützen, die auf sinusförmigen Strömen mit Netzfrequenz basieren.

Herstellung und Prüfung

Die Wicklungen werden mit vertauschten Leitern oder mehreren parallelen Leitern gewickelt, wobei zwischen den geteilten Zweigen zuverlässige Isolierbarrieren angebracht sind. Nach der Montage wird das Aktivteil in einem Kerosin-Dampfphasen-Vakuumtrocknungssystem verarbeitet, um Feuchtigkeit und Gase gründlich aus den Isolationskomponenten zu entfernen.

Zusätzlich zu den standardmäßigen Werkstests werden Messungen der geteilten Impedanz zwischen Zweigen, des Isolationswiderstands zwischen Zweigen und der Spannungsfestigkeit durchgeführt. Für Produkte mit einer Nennspannung von 35 kV und höher werden Blitzimpulsprüfungen und Teilentladungsmessungen durchgeführt. Zu den spezifischen Anforderungen gehören Temperaturanstiegstests für jeden geteilten Zweig, um den Hot-Spot-Temperaturanstieg unter Nennoberschwingungsströmen zu überprüfen.

Die Prüfdaten werden anhand der Seriennummer archiviert und gewährleisten so die Rückverfolgbarkeit bis zum Wickel-, Kernstapel- und Trocknungsprozess. Das Unternehmen verfügt über die Zertifizierungen ISO 9001:2015, ISO 14001 und ISO 45001.

FAQ

F: Welche Beziehung besteht zwischen „Multi-Split“ und „Multiplexing“?

„Multi-Split“ bezieht sich auf eine Strukturkonstruktion, bei der die ventilseitige Wicklung in mehrere Zweige unterteilt ist, die eine unabhängige Stromversorgung ermöglichen. „Multiplexing“ bezieht sich auf die Verwendung von Phasenverschiebung, um Phasenunterschiede zwischen Gleichrichterbrücken zu erzeugen und dadurch netzseitige Oberwellen zu beseitigen. Die beiden Konzepte können kombiniert werden; Beispielsweise könnte ein Dual-Split-Transformator zwei 6-Puls-Brücken separat mit Strom versorgen, wobei eine Phasenverschiebung angewendet wird, um ein 12-Puls-System zu bilden.

F: Wie wird die geteilte Impedanz normalerweise bestimmt?

Geteilte Impedanzwerte werden vom Gleichrichterhersteller oder Systementwickler festgelegt und basieren hauptsächlich auf Kurzschlussstrombegrenzungen, der Steuerung des Umlaufstroms zwischen parallelen Brücken und den Anforderungen an die Gleichspannungsregelung. Der Transformatorhersteller passt die Wicklungsanordnung und die Abmessungen des Kühlkanals an die Zielimpedanz an und überprüft anschließend das Design durch Tests.

F: Welche Vorteile bietet eine phasengleiche, invers-parallele Verbindung? 

Durch die Verbindung benachbarter geteilter Wicklungen in einer antiparallelen Konfiguration werden die Stromrichtungen entgegengesetzt, wodurch sich die resultierenden magnetischen Streufelder gegenseitig aufheben; Dadurch werden der Schlitzstreufluss, die Erwärmung der Strukturkomponenten und die elektromagnetischen Kräfte auf die Wicklungen erheblich reduziert. Dieses Design wird häufig in Niederspannungs-Hochstrom-Gleichrichtertransformatoren für elektrolytische Anwendungen verwendet.

F: Können die einzelnen Zweige eines Multi-Split-Transformators unabhängig voneinander arbeiten?

Ja. Die ventilseitigen Zweige sind elektrisch unabhängig, so dass die entsprechenden Gleichrichterbrücken separat zu- oder abgeschaltet werden können. Bei der Außerbetriebnahme einiger Zweige bleiben die netzseitige Wicklung und der Kern betriebsbereit; Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Belastung der verbleibenden Zweige die Auslegungsgrenzen nicht überschreitet.

F: Wie sollte das Wasserkühlsystem mit erzwungener Ölzirkulation gewartet werden?

Das Wasserkühlsystem muss regelmäßig auf Lecks in den Kühlwasserleitungen überprüft und der Differenzdruck zwischen Wasser- und Ölkreislauf überwacht werden, um das Eindringen von Wasser in das Öl zu verhindern. Interne Ablagerungen in den Kühlern können die Wärmeableitung beeinträchtigen; Reinigungspläne sollten auf der Grundlage der Wasserqualität festgelegt werden. Bevor der Transformator mit Strom versorgt wird, muss zunächst das Kühlsystem gestartet werden; Beim Abschalten sollte das Kühlsystem als letztes anhalten.

Anwendungsszenarien

Multi-Split-Gleichrichtertransformatoren werden hauptsächlich in industriellen Umgebungen eingesetzt, die Hochstrom-Gleichstrom benötigen, wie zum Beispiel:

● Große Elektrolytwerkstätten für Aluminium, Kupfer und Zink

● Elektrolysezellen mit Chlor-Alkali-Ionenaustauschmembran

● Graphitisierungsöfen und DC-Lichtbogenöfen

● Groß angelegte automatisierte Galvanik-Produktionslinien

● Gleichstromversorgungssysteme für das Schmelzen von Nichteisenmetallen

Diese Anwendungen erfordern eine hohe Zuverlässigkeit, eine gleichmäßige Stromverteilung und eine einfache Wartung – Bereiche, in denen die Multi-Split-Struktur erhebliche Vorteile bietet.