Transformateur redresseur de puissance industriel à 24 impulsions

Les installations industrielles avec d'importantes charges CC sont souvent confrontées à des limites harmoniques strictes en vertu de la norme IEEE 519 ou des codes de réseau régionaux. Un redresseur à 12 impulsions supprime les 5ème et 7ème harmoniques mais laisse les 11ème et 13ème présentes. Un agencement à 24 impulsions étend le concept de déphasage de sorte que les courants harmoniques dominants du côté primaire commencent à partir du 23ème ordre. Yulan Transformer fournit des transformateurs redresseurs de puissance industriels à 24 impulsions de 630 kVA à 80 000 kVA, avec des tensions primaires de 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV ou 35 kV.

Logique d'annulation harmonique

Un système à 24 impulsions utilise quatre ponts redresseurs à 6 impulsions. Les transformateurs alimentant ces ponts sont déphasés de manière à ce que les tensions d'entrée du pont soient séparées de 15° les unes des autres. Du côté primaire, les courants harmoniques 5ème, 7ème, 11ème et 13ème s'annulent largement. Les harmoniques caractéristiques restantes commencent au 23ème ordre, qui ont une amplitude beaucoup plus faible et sont plus faciles à filtrer si nécessaire.

Le résultat est une forme d'onde de courant primaire plus nette et une distorsion de tension réduite au point de couplage commun. Cela peut éliminer le besoin de grands bancs de filtres passifs dans de nombreuses applications.

Configurations de déphasage

Les combinaisons de déphasage les plus courantes pour un fonctionnement à 24 impulsions sont :

Pont	Déphasage (exemple)
Pont 1	+7,5°
Pont 2	-7,5°
Pont 3	+22,5°
Pont 4	-22,5°

D'autres combinaisons telles que 0°, 15°, 30° et 45° sont également utilisées en fonction de la conception du système. L'ensemble exact est déterminé par le fabricant du redresseur ou l'ingénieur électricien du projet.

Dispositions du système

Quatre transformateurs indépendants

Chaque transformateur alimente un pont redresseur et est construit avec un déphasage spécifique. La maintenance est flexible car une unité peut être retirée tandis que les trois autres continuent de fonctionner à charge réduite. L'inconvénient est un encombrement plus important et davantage de connexions d'appareillage.

Deux transformateurs double secondaire

Chaque transformateur contient deux enroulements côté vanne avec des déphasages différents. Par exemple, une unité fournit +7,5° et -7,5°, et l'autre fournit +22,5° et -22,5°. Cela réduit le nombre d’équipements et l’espace au sol par rapport à l’option à quatre unités.

Transformateur unique multi-enroulements

Un transformateur abrite quatre enroulements côté vanne, chacun avec un angle de phase différent. Cela permet d'économiser le plus d'espace, mais signifie qu'une seule panne de transformateur interrompt l'ensemble du système redresseur. La complexité de fabrication est également plus élevée.

Les performances d'annulation des harmoniques sont équivalentes parmi ces arrangements. L'aménagement du site, les besoins de redondance et les contraintes de transport déterminent généralement lequel est sélectionné.

Spécifications techniques

Article	Paramètre
Normes applicables	Spécifications CEI, GB, ANSI/IEEE, NEMA et spécifiques à l'industrie
Capacité nominale	630 kVA à 80 000 kVA
Tension nominale primaire	6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV ou 35 kV
Tension secondaire	Déterminé par le circuit redresseur, généralement 380 V à 3 000 V
Fréquence nominale	50 Hz ou 60 Hz
Phase	Triphasé
Combinaison de déphasage	±7,5°/±22,5° ou autres ensembles spécifiés par le projet
Connexion principale	Delta ou étoile
Connexion secondaire	Étoile, triangle, multi-enroulements ou zigzag
Impédance de court-circuit	6 % à 12 % ou comme spécifié
Méthode de refroidissement	ONAN, ONAF ou OFWF
Régulation de tension	Changement de prise hors circuit ou en charge

Considérations de conception pour les unités à 24 impulsions

Précision de l'angle de phase

L'annulation harmonique dépend des positions de phase relatives des quatre ponts. Une déviation dans l’un des ensembles d’enroulements réduit l’annulation de la paire harmonique correspondante. Yulan Transformer vérifie le nombre de tours de chaque enroulement déphaseur et mesure les angles de phase réels lors des tests en usine. La tolérance est maintenue à ±0,5°.

Adaptation d'impédance

Lorsque plusieurs transformateurs forment un système à 24 impulsions, leurs impédances de court-circuit doivent être étroitement adaptées. De grandes différences d'impédance entraînent un partage inégal du courant entre les ponts, ce qui affaiblit la suppression des harmoniques et peut surcharger un pont. La tolérance d'impédance est définie dès la conception et vérifiée par des tests.

Bobinage et noyau

Les courants côté vanne sont souvent élevés, nécessitant des conducteurs transposés ou plusieurs conducteurs parallèles. Le noyau fonctionne en dessous de la densité de flux d'un transformateur de distribution standard pour éviter la saturation des composants CC transitoires. La conception du bobinage inclut une marge pour les pertes par courants de Foucault causées par les courants harmoniques 23e et 25e restants.

Blindage du réservoir

Le flux de fuite harmonique induit des courants de Foucault dans les parois du réservoir et les structures de serrage. Des boucliers magnétiques ou électromagnétiques sont installés sur la surface intérieure du réservoir pour des valeurs nominales plus élevées afin de réduire les pertes parasites et d'éviter les points chauds.

Tests en usine

Les tests de routine couvrent la résistance CC des enroulements, le rapport de tension, la résistance d'isolement, la tenue à la fréquence industrielle, les surtensions induites, la perte à vide, la perte de charge et l'impédance de court-circuit. Pour les unités à 24 impulsions, les mesures supplémentaires incluent :

● Vérification de l'angle de phase pour chaque ensemble d'enroulements côté vanne

● Test d'isolation entre différents enroulements côté vanne

● Mesure de décharge partielle

● Test de choc de foudre pour des tensions primaires de 35 kV et plus

Des tests d'échauffement sous un spectre de courant harmonique spécifié peuvent être organisés lorsque l'acheteur fournit le profil de charge attendu. Les données de test sont archivées par numéro de série et tracées jusqu'aux enregistrements de l'enroulement et de l'assemblage du noyau.

FAQ

Quelle réduction d'harmoniques les 24 impulsions fournissent-elles par rapport aux 12 impulsions ?

Un système à 12 impulsions laisse généralement les 11e et 13e harmoniques comme composantes dominantes. Un système à 24 impulsions les annule également, de sorte que les harmoniques de courant primaires commencent à partir du 23ème ordre. La distorsion harmonique totale du courant chute souvent d'environ 8 % à 10 % pour 12 impulsions à moins de 4 % pour 24 impulsions, en fonction des conditions de charge et d'impédance.

Le système à 24 impulsions est-il toujours plus cher que le système à 12 impulsions ?

La partie transformateur est plus chère en raison des enroulements déphaseurs supplémentaires ou des unités supplémentaires. Cependant, le coût des filtres passifs peut être bien inférieur et, dans certains projets, le coût total installé est comparable, voire inférieur, lorsque les économies liées aux filtres sont incluses. Une comparaison détaillée doit tenir compte du coût de l'équipement, de la surface au sol et de l'entretien continu des composants du filtre.

Que se passe-t-il en cas de panne d'un transformateur dans un arrangement à quatre unités ?

Les trois unités restantes peuvent continuer à fonctionner, mais le déphasage réglé n'est plus équilibré. Certaines harmoniques d’ordre inférieur réapparaîtront du côté primaire. Le système doit fonctionner à charge réduite jusqu'à ce que l'unité défaillante soit réparée ou remplacée. Avec un seul transformateur multi-enroulements, une panne affecte l’ensemble du système redresseur.

Une installation à 12 impulsions peut-elle être mise à niveau vers une installation à 24 impulsions ?

Pas facilement. Les déphasages supplémentaires doivent être intégrés dans les enroulements du transformateur. La modernisation nécessiterait l'ajout d'un ou plusieurs transformateurs déphaseurs ou le remplacement des unités existantes. L'espace, l'adaptation d'impédance et la complexité de la connexion nécessitent une évaluation minutieuse avant de s'engager dans un tel changement.

Les systèmes à 24 impulsions ont-ils encore besoin de filtres d'harmoniques ?

Dans de nombreux cas, non, mais cela dépend des exigences du réseau et de la quantité de courant résiduel des 23e et 25e harmoniques. Pour des limites très strictes ou lorsque la charge est déséquilibrée, de petites branches de filtre peuvent toujours être installées. Leur taille et leur coût sont bien inférieurs à ceux requis pour les arrangements à 6 ou 12 impulsions.

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 transformateurs redresseurs multi-enroulements à 24 impulsions.

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.