Transformateur redresseur de puissance industriel à 12 impulsions

Pourquoi 12 impulsions au lieu de 6 impulsions

Un redresseur à 6 impulsions tire de l'alimentation des courants harmoniques importants de 5e et 7e. Ces harmoniques augmentent les pertes dans les enroulements, provoquent une distorsion de tension et nécessitent souvent un filtrage externe. Un système à 12 impulsions utilise deux ponts à 6 impulsions alimentés par des tensions déphasées. Lorsque le déphasage est de 30°, les courants harmoniques 5ème et 7ème s'annulent côté primaire. Les harmoniques dominantes restantes sont les 11ème et 13ème, qui sont plus faciles à gérer et ont des amplitudes plus faibles.

Cette approche est courante dans les installations industrielles où les limites d'harmoniques sont spécifiées par la norme IEEE 519 ou des codes de réseau similaires. Il est également utilisé lorsque la charge du redresseur est suffisamment importante pour que les filtres harmoniques seuls soient coûteux.

Configurations système

Les transformateurs redresseurs de puissance industriels à 12 impulsions sont fournis sous deux configurations principales.

Deux transformateurs séparés

Deux transformateurs à 6 impulsions sont construits avec des déphasages de +15° et -15°. Chacun alimente un pont redresseur. Cet agencement permet de mettre une unité hors service pour maintenance tandis que l'autre continue de fonctionner à charge réduite. Cela simplifie également le transport pour les très grandes jauges.

Transformateur unique avec deux enroulements secondaires

Un transformateur contient deux enroulements côté vanne, un connecté en étoile et un en triangle. La différence de phase naturelle de 30° crée l'effet à 12 impulsions. Cette conception permet d'économiser de l'espace au sol et de réduire le nombre de connexions primaires de l'appareillage, mais une seule panne affecte l'ensemble du système redresseur.

Les deux configurations offrent une annulation d’harmoniques comparable. Le choix dépend de l'aménagement du site, de la stratégie de maintenance et des exigences de redondance.

Applications industrielles typiques

● Usines d'électrolyse de l'aluminium, du cuivre et du zinc

● Électrolyse chlore-alcali dans les installations chimiques

● Fours à arc DC et fours à arc submergé

● Grandes lignes de galvanoplastie et d'anodisation

● Alimentation électrique de traction pour les systèmes ferroviaires urbains

● Variateurs CC industriels avec puissances nominales élevées

Spécifications techniques

Précision du déphasage

Le déphasage est produit par des connexions d'enroulements en triangle ou en zigzag étendus. Le nombre de tours dans l'enroulement déphaseur doit être calculé avec précision. Si l'angle de phase s'écarte de la valeur de conception, des courants de circulation apparaissent entre les deux ponts redresseurs. Cela réduit l'annulation des 5ème et 7ème harmoniques et augmente les pertes.

Pendant la production, Yulan Transformer vérifie le nombre de tours des enroulements déphaseurs et mesure l'angle de phase réel lors des tests en usine. La valeur mesurée est enregistrée dans le rapport de test. La tolérance typique de l'angle de phase est de ±0,5°.

Pour les configurations à deux transformateurs, l'impédance de court-circuit des deux unités doit être maintenue proche. Une grande différence d'impédance entraîne un partage de charge inégal et affaiblit l'effet d'annulation des harmoniques.

Pertes et augmentation de température

Un transformateur redresseur à 12 impulsions élimine la plupart des courants harmoniques de 5ème et 7ème impulsions, de sorte que les pertes supplémentaires dans les enroulements sont inférieures à celles d'une conception à 6 impulsions. Cependant, les 11e et 13e harmoniques subsistent et la conception inclut toujours une marge pour les pertes par courants de Foucault.

Le noyau fonctionne à une densité de flux inférieure à celle d'un transformateur de distribution standard. Cela évite la saturation causée par d'éventuelles composantes CC pendant des conditions transitoires. L'augmentation de la température est vérifiée sous le spectre de courant harmonique spécifié, et pas seulement sous un courant sinusoïdal.

Caractéristiques de construction

Enroulements

Les courants côté vanne dans les applications de redresseurs industriels atteignent souvent plusieurs milliers d'ampères. Les grandes unités utilisent des conducteurs transposés ou plusieurs conducteurs parallèles. Les transpositions aux extrémités du bobinage contribuent à égaliser la répartition du courant et à réduire les pertes en circulation.

Arrangement principal

Les câbles secondaires sont généralement constitués de barres de cuivre. L'arrangement prend en compte les effets de proximité et le support mécanique. Plusieurs traversées secondaires ou borniers sont courants.

Blindage du réservoir

Le flux harmonique induit des courants de Foucault dans les parois du réservoir et les structures de serrage. Des boucliers magnétiques ou des boucliers électromagnétiques sont installés sur la surface intérieure du réservoir pour des valeurs nominales plus élevées. Cela réduit les pertes parasites et évite les surchauffes locales.

Changeur de robinet

Le changement de prise en charge est fréquemment utilisé dans le service de redresseur pour ajuster la tension secondaire et contrôler la sortie CC. Le changeur de prises augmente la complexité de la partie active et nécessite un espace supplémentaire à l'intérieur du réservoir.

Tests en usine

Les tests de routine incluent la résistance CC des enroulements, le rapport de tension, la résistance d'isolement, la tenue à la fréquence industrielle, la surtension induite, la perte à vide, la perte de charge et l'impédance de court-circuit. Des tests supplémentaires pour les transformateurs redresseurs à 12 impulsions comprennent la mesure de l'angle de phase, les tests d'isolation entre les enroulements côté vanne et la mesure des décharges partielles.

Pour les tensions primaires de 35 kV ou plus, les essais au choc de foudre sont effectués selon les normes en vigueur. Des tests d'échauffement dans des conditions de courant harmonique peuvent être organisés lorsque cela est spécifié par l'acheteur. Les enregistrements de tests sont archivés par numéro de série et peuvent être retracés jusqu'aux processus de bobinage et d'assemblage du noyau.

FAQ

Quel est le meilleur choix pour une nouvelle installation : un transformateur double secondaire ou deux transformateurs séparés ?

Pour les puissances inférieures, un seul transformateur avec deux enroulements secondaires est généralement plus économique et nécessite moins d'espace au sol. Pour des puissances supérieures ou lorsque la flexibilité de la maintenance est importante, deux transformateurs séparés sont préférables. La décision finale devra également tenir compte des limites de transport et de la disponibilité d'unités de rechange.

Un système à 12 impulsions élimine-t-il complètement les harmoniques ?

Non. Les 5ème et 7ème harmoniques sont en grande partie annulées, mais les 11ème et 13ème restent. En pratique, certaines composantes résiduelles de 5ème et 7ème peuvent encore apparaître en raison d'une erreur d'angle de phase ou de charges déséquilibrées. Des filtres passifs ou actifs supplémentaires peuvent être nécessaires pour des limites d'harmoniques strictes.

Une installation à 6 impulsions peut-elle être mise à niveau vers une installation à 12 impulsions ?

Généralement non. Le déphasage doit être intégré aux enroulements du transformateur. La modernisation nécessiterait le remplacement du transformateur ou l'ajout d'un transformateur déphaseur séparé. La deuxième option peut être possible dans certains cas, mais nécessite une évaluation minutieuse de l'adaptation d'impédance et de l'espace.

Comment est déterminée la tension secondaire ?

Le fabricant du redresseur calcule la tension requise côté vanne en fonction de la tension de sortie CC, du circuit redresseur, du chevauchement de commutation et de l'impédance du transformateur. Le fabricant du transformateur conçoit ensuite l’enroulement secondaire pour qu’il corresponde à cette tension. La modification de la tension secondaire après l'approbation de la conception peut affecter l'ensemble de la disposition de l'enroulement.

Quelle protection est recommandée pour les transformateurs redresseurs à 12 impulsions ?

La protection standard contre les surintensités peut mal fonctionner en raison de courants harmoniques. Les relais de protection doivent inclure une retenue contre les harmoniques ou être sélectionnés spécifiquement pour le service de redresseur. Une surveillance de la température, des relais de gaz, des indicateurs de niveau d'huile et des dispositifs de décompression sont recommandés pour le transformateur lui-même. Pour les grandes unités, une surveillance continue de la température des enroulements et de l’état de l’huile est recommandée.

Capacité de fabrication

Yulan Transformer produit des transformateurs de four et des transformateurs redresseurs depuis 1999. La société opère dans des conditions de production et de test de classe 110 kV, y compris une capacité de levage de 80 tonnes, un système de séchage sous vide en phase vapeur de kérosène de 400 kW, un système de test d'impulsion de 1 200 kV et un transformateur de test de fréquence électrique sans décharge partielle de 400 kV. Ces installations prennent en charge le traitement de l’isolation et la vérification en usine des grands transformateurs redresseurs industriels.

Pour les schémas de déphasage spécifiques au projet, les calculs de pertes ou les dessins d'encombrement, veuillez contacter le service technique de Yulan Transformer.