Transformateur redresseur à 24 impulsions

Dans les projets industriels avec des limitations harmoniques strictes, alors que la rectification à 12 impulsions élimine les 5ème et 7ème harmoniques, les 11ème et 13ème harmoniques persistent. Lorsque la capacité de court-circuit du réseau est faible ou que les exigences de qualité de l'énergie sont strictes, un schéma à 24 impulsions peut réduire davantage le contenu harmonique côté réseau. Yulan Transformer fabrique des transformateurs redresseurs à 24 impulsions avec des capacités allant de 630 kVA à 80 000 kVA ; les tensions côté réseau peuvent s'adapter à 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV et 35 kV, tandis que les paramètres côté vanne sont conçus sur mesure pour répondre aux exigences spécifiques du redresseur.

Logique d'annulation harmonique

Un système de redressement à 24 impulsions se compose généralement de quatre ponts redresseurs à 6 impulsions. Un transformateur déphaseur est utilisé pour créer une différence de phase séquentielle de 15° entre les côtés AC des quatre ponts. Par conséquent, la plupart des harmoniques de rang inférieur du côté du réseau – à l’exception des 23e et 25e – s’annulent. Par rapport aux systèmes à 12 impulsions, les 11ème et 13ème harmoniques sont efficacement éliminées ; les harmoniques caractéristiques restantes commencent au 23ème ordre avec des amplitudes considérablement réduites, réduisant ainsi la demande d'équipement de filtrage.

Les combinaisons de déphasage courantes utilisées en ingénierie incluent +7,5 ° , -7,5 ° , +22,5 ° et -22,5 ° , ou 0 ° , 15 ° , 30 ° et 45 ° , la configuration spécifique étant déterminée par la conception du système.

Méthodes de mise en œuvre

Quatre transformateurs indépendants

Quatre transformateurs redresseurs à 6 impulsions sont conçus avec des angles de déphasage spécifiques, chacun alimentant un seul pont redresseur. Ce système offre une flexibilité de maintenance — permettant aux unités restantes de fonctionner à capacité réduite en cas de panne — mais nécessite une plus grande empreinte au sol et un plus grand nombre d'unités de commutation côté primaire.

Deux transformateurs à double enroulement

Chaque transformateur est équipé de deux ensembles d'enroulements côté vanne pour obtenir deux angles de déphasage distincts. Par exemple, un transformateur produit +7,5 ° et -7,5 ° , tandis que l'autre produit +22,5 ° et -22,5 ° . Par rapport au système à quatre transformateurs, cette approche réduit de moitié le nombre d'unités et aboutit à une disposition plus compacte. Transformateur multi-enroulement unique

Cette configuration comprend quatre ensembles d'enroulements côté vanne dans un seul transformateur, permettant d'obtenir quatre angles de déphasage via des connexions en zigzag ou en triangle étendu. Bien que cette solution minimise l'encombrement de l'équipement, une panne dans une seule unité affecte l'ensemble de la charge et la complexité de fabrication est plus élevée ; il est généralement utilisé pour les applications de petite à moyenne capacité ou lorsque l'espace est limité.

Les utilisateurs peuvent sélectionner la configuration en fonction des conditions du site, des stratégies de maintenance et des exigences de fiabilité. Les trois méthodes offrent des performances de suppression des harmoniques équivalentes, les différences résidant principalement dans la disposition physique, ainsi que dans l'exploitation et la maintenance.

Spécifications techniques

Enroulements à déphasage et précision

L'efficacité de l'annulation des harmoniques d'un système à 24 impulsions repose sur la précision de la différence de phase entre les ponts. Un calcul précis des rapports de rotation des enroulements de déphasage est essentiel, car les écarts d'enroulement et les erreurs d'assemblage lors de la fabrication peuvent affecter l'angle de déphasage final. Yulan Transformer enregistre le nombre de tours pour les enroulements de déphasage sur une base par unité et vérifie les angles de phase entre les enroulements pendant les tests d'acceptation en usine, en maintenant les écarts à ± 0,5 °.

Lors de l'utilisation d'une combinaison de plusieurs transformateurs, l'écart d'impédance de court-circuit entre les unités doit également être contrôlé. L'inadéquation d'impédance entraîne une répartition inégale du courant de charge, susceptible de surcharger des ponts redresseurs spécifiques et de diminuer les capacités d'annulation des harmoniques. Les plages de déviation d'impédance admissibles doivent être clairement définies lors de la phase de conception technique.

Pertes et augmentation de température

Le schéma à 24 impulsions élimine un plus grand nombre d'ordres harmoniques, réduisant ainsi davantage les pertes supplémentaires dans les enroulements par rapport au schéma à 12 impulsions. Cependant, étant donné que les harmoniques d'ordre 23 et supérieur induisent toujours des effets de peau et de proximité, la conception du conducteur doit intégrer des marges suffisantes. La densité du flux magnétique du noyau est maintenue en dessous des niveaux typiques des transformateurs de distribution conventionnels pour s'adapter aux composants CC potentiels apparaissant pendant les transitoires du redresseur.

Les tests d'échauffement doivent être effectués à l'aide de formes d'onde de courant incluant les harmoniques caractéristiques ; sinon, les résultats des tests ne refléteront pas avec précision l’augmentation de la température du point chaud dans les conditions de fonctionnement réelles. Les clients peuvent demander le spectre du courant harmonique lors de la passation d'une commande afin de servir de données d'entrée pour la vérification de l'augmentation de la température.

Fabrication et tests

Les enroulements utilisent des conducteurs transposés ou plusieurs conducteurs parallèles, tandis que des barres omnibus en cuivre sont utilisées pour les connexions à courant élevé côté vanne. Un blindage magnétique ou électrique est installé sur les parois intérieures du réservoir, dimensionné en fonction de la capacité du transformateur, pour minimiser les pertes parasites causées par les champs magnétiques harmoniques. Les unités de grande capacité sont équipées de radiateurs de type panneau ou de systèmes de refroidissement à circulation d'huile forcée.

En plus des tests de routine standard, les tests d'acceptation en usine se concentrent sur la mesure de l'angle de déphasage, les tests d'isolation entre les enroulements côté vanne, la mesure des décharges partielles et les tests aux chocs de foudre (pour 35 kV et plus). Les données de test sont archivées par numéro de série, garantissant ainsi la traçabilité jusqu'aux processus tels que la fabrication des bobinages, l'empilement des noyaux et le séchage actif des pièces.

Capacités d'ingénierie

Yulan Transformer fabrique des transformateurs de four électrique et des transformateurs redresseurs depuis 1999, possédant la capacité de fabriquer et de tester des produits évalués à 110 kV et moins. L'équipement clé comprend une capacité de levage de 80 tonnes, un système de séchage sous vide en phase vapeur de kérosène de 400 kW, un équipement de test par impulsions de 1 200 kV et un transformateur de test à fréquence industrielle sans décharge partielle de 400 kV. Ces installations permettent à l'entreprise de répondre aux exigences de traitement d'isolation et de vérification en usine pour les structures complexes à enroulements multiples des transformateurs redresseurs à 24 impulsions.

Foire aux questions

Q : Quelle est la différence de contenu harmonique entre les systèmes à 24 et 12 impulsions ?

Les harmoniques primaires dans un redresseur à 12 impulsions sont les 11e et 13e ordres ; un système à 24 impulsions les élimine efficacement, avec des harmoniques caractéristiques résiduelles commençant au 23ème ordre. La distorsion harmonique totale (THD) du courant côté réseau chute généralement de 8 % à 10 % (12 impulsions) à moins de 4 % (24 impulsions), avec des valeurs spécifiques en fonction de la charge et de l'impédance.

Q : Que se passe-t-il si un transformateur tombe en panne dans une configuration à quatre transformateurs ?

Dans une configuration utilisant quatre transformateurs indépendants, les trois autres peuvent continuer à fonctionner si l'un d'eux est mis hors ligne ; cependant, un déséquilibre côté réseau se produira et certaines harmoniques d’ordre inférieur réapparaîtront. Dans ces conditions, la charge totale doit être réduite et la maintenance programmée rapidement. En revanche, une configuration de transformateur unique à plusieurs enroulements ne permet pas l'isolation d'un pont individuel, ce qui entraîne un impact plus important en cas de défaut.

Q : Un système à 24 impulsions est-il plus sensible aux erreurs d'angle de déphasage qu'un système à 12 impulsions ?

Oui. Un système à 24 impulsions nécessite des relations de phase précises entre quatre ensembles de ponts simultanément ; un écart dans un ensemble unique empêche les paires harmoniques correspondantes de s'annuler complètement. Par conséquent, il existe des exigences plus strictes concernant la précision de fabrication et les tests en usine des enroulements déphaseurs.

Q : Vaut-il la peine d'utiliser un système à 24 impulsions pour des projets de petite capacité ?

Si le réseau électrique impose des exigences strictes en matière d'harmoniques et que le coût du filtrage est élevé, un système à 24 impulsions peut être plus économique qu'un système à 12 impulsions combiné avec des filtres. Cependant, pour les plus petites capacités, les coûts fixes associés à plusieurs transformateurs représentent une proportion plus importante du total, ce qui nécessite une analyse coûts-avantages complète. Même si les systèmes d'une puissance supérieure à 630 kVA sont généralement candidats à l'évaluation, le choix final dépend des conditions spécifiques du réseau et du budget du projet.

Q : Un transformateur redresseur à 24 impulsions peut-il remplacer les filtres passifs ?

Il ne peut pas servir de remplacement complet. Bien qu'un système à 24 impulsions élimine la majorité des harmoniques d'ordre inférieur, les harmoniques d'ordre 23 et supérieur persistent ; de plus, des déséquilibres de charge ou des erreurs de déphasage peuvent introduire de petites quantités d'harmoniques de rang inférieur. Certains projets peuvent encore nécessiter un nombre limité de branches de filtre, bien que la capacité et le coût impliqués soient nettement inférieurs à ceux des solutions à 6 ou 12 impulsions.