A kemence transzformátor áttekintése

I. Mi az a kemencetranszformátor?

 

A kemence transzformátoregy elektromos eszköz, amely szabályozza a váltakozó áramú (AC) feszültséget, akár felfelé, akár lefelé, hogy megfeleljen a kemence - alapú rendszerek működési követelményeinek. Az ipari fém - olvasztási alkalmazásokban (pl. acél, speciális acél, fehér korund, elektrolitikus alumínium) speciális teljesítménytranszformátorként működik, amely képes ellenállni a nagy - áramterheléseknek és az elektromos ívekből származó ismétlődő mechanikai és termikus igénybevételeknek, jellemzően 72,5 kV-ot meg nem haladó primer feszültséggel, nagy kapacitással és szénrudakkal. Háztartási és HVAC-kontextusban a nagy - feszültségű elektromosságot alacsonyabb, biztonságos feszültséggé alakítja át a kemenceelemek (például termosztátok és gyújtórendszerek) számára, lehetővé téve a hatékony működést az elektromágneses indukción keresztül az energiaátvitelhez, és a telepítési hely a kemencében belülről a kültéri váltakozó áramú egységekre terjed, az adott rendszer kialakításától függően.

 

 

 

A kemence transzformátora az ipari kemence "szíveként" működik. Elsődleges funkciója a hálózat magas feszültségének és alacsony áramának átalakítása a kemence által igényelt alacsony feszültséggé és nagy áramerősséggé, precíz és robusztus teljesítményt biztosítva az olyan folyamatokhoz, mint az olvasztás, melegítés és finomítás. Az adott kemence típusától, működési elvétől és folyamatkövetelményeitől függően a kemencetranszformátorok kialakítása és technológiája jelentősen eltér egymástól. Az alábbiakban bemutatjuk a kohászati, vegyipari és anyagipar legszélesebb körben használt típusait.

Összefoglalva,a különböző típusú kemencetranszformátorok sajátos ipari folyamataik termékei. Tervezési paramétereikre (feszültség, áramerősség, impedancia), feszültségszabályozási módszerekre, túlterhelési kapacitásra és működési módokra specializálódtak. A megfelelő kemencetranszformátor helyes megértése és kiválasztása kulcsfontosságú a gyártás biztonsága, a termékminőség javítása és az energiafogyasztás csökkentése szempontjából.

 

 

A kemencetranszformátorok alacsony szekunder feszültsége, nagy áramerőssége és széles feszültségszabályozási tartománya miatt (amely a maximális értékről a maximális érték 25-50%-ára állítást igényel), feszültségszabályozási módszereik lényegesen eltérnek a teljesítménytranszformátorokétól. A fő módszerek a következők:

1. Változó fluxusfeszültség szabályozás

Elve az, hogy a primer tekercsre feszültségszabályozó csapokat vagy külön feszültségszabályozó tekercseket kell beállítani. Ha a primer feszültség állandó, a fordulatonkénti feszültség az áramkörhöz csatlakoztatott primer tekercs fordulatszámának változtatásával változik, ezáltal megváltozik a szekunder tekercs feszültsége. A magfluxus a feszültségszabályozás során változik.

• Jellemzők: Egyszerű szerkezet, a tekercsek koncentrikusan vagy lépcsőzetesen is elhelyezhetők. Ha a primer tekercs csapjainak fordulatszáma egyenlő, a szekunder feszültséglépés különbsége egyenlőtlen; ha egyenlő lépéskülönbségre van szükség, akkor halmozott tekercset kell használni. Amikor a szekunder feszültség a maximumon van, a primer tekercs üresjárati része hajlamos feszültségingadozásra, ami a szigetelés szempontjából kedvezőtlen. Amikor a szekunder feszültség a minimumon van, a mag mágneses sűrűsége alacsony, ami gazdaságtalan a széles feszültségszabályozási tartományú termékeknél. A helyzet a D-Y transzformáció használatával javítható.
• Alkalmazási kör: Kis és közepes méretű kemencetranszformátorok 35 kV vagy az alatti primer feszültséggel és 20%-nál kisebb feszültségszabályozási tartományban.

 

2. Soros transzformátor feszültségszabályozás

A fő transzformátor tartályába soros transzformátor kerül. A főtranszformátor és a soros transzformátor kisfeszültségű{1}}tekercsei sorba vannak kötve. A soros transzformátor nagyfeszültségű-tekercsének feszültsége a főtranszformátor különálló feszültségszabályozó tekercsén keresztül változik, ezáltal megváltozik a főtranszformátor és a soros transzformátor kis-feszültségű tekercseinek összetett feszültsége.

• Előnyök: Széles feszültségszabályozási tartomány, és a másodlagos feszültséglépcső-különbség egyenlő, ha a menetek száma egyenlő. A primer feszültséget nem korlátozza a fokozatkapcsoló szigetelési szintje, és közvetlenül lecsökkenthető 63–220 kV-ról, így nincs szükség közbenső alállomásra. A feszültségszabályozó tekercs kapacitása jóval kisebb, mint a kemencetranszformátor kimeneti kapacitása, így könnyen kiválasztható egy magas biztonsági tényezővel rendelkező{5}}csapkapcsoló. A feszültségszabályozó tekercs a teljesítménytényező javítása érdekében kompenzációs kondenzátorhoz csatlakoztatható. A főtranszformátor állandó fluxus mellett működik, így gazdaságosabbá válik a nagy kapacitású és széles feszültségszabályozási tartományú termékek tervezése.
• Hátrányok: Összetett szerkezet, időigényes-gyártás és kényelmetlen karbantartás. Negatív leágazások esetén a terhelési veszteség nagy, és a terhelési veszteség a minimális szekunder feszültségnél kissé eltér a maximális szekunder feszültségnél tapasztalt veszteségtől, és az impedancia feszültségnövekménye nagy.
• Alkalmazási kör: 10000 kVA vagy nagyobb teljesítményű kemencetranszformátorok, vagy nagy primer feszültségű (63 kV vagy nagyobb) kemencetranszformátorok.

 

3. Autotranszformátor feszültségszabályozás

Egy autotranszformátorból és egy fix transzformációs arányú kemencetranszformátorból áll, mely egy tartályba vagy külön is beépíthető, maximum 35kV szigetelési fokozattal.

• Jellemzők: Az autotranszformátor közös nullapontját megbízhatóan földelni kell (ha a primer és a szekunder oldal feszültségszintje eltérő); földeletlen lehet, ha a feszültségszintek azonosak. Ha a csap fordulatok száma egyenlő, akkor a kemencetranszformátor kis-feszültség feszültséglépcsőkülönbsége egyenlő. Az impedancia változása kicsi a feszültségszabályozási folyamat során. Egy-fázisú termékeknél három-szárú, egyenlőtlen keresztmetszetű-mag használható, egy ággal az autotranszformátor feszültségszabályozó tekercséhez, egy ággal a kemence transzformátor tekercséhez, és egy ággal közös járomként, ami gazdaságosabb kialakítást eredményez. A nagy kapacitású-termékeknek külön felépítést kell alkalmazniuk, és az autotranszformátor és a kemencetranszformátor közötti összekötő buszt le kell rövidíteni és le kell zárni, hogy elkerüljük az autotranszformátor károsodását a rendkívül nagy-zárlati áram miatt rövidzárlat esetén.

 

 

 

 

A kemencetranszformátorok nagy-feszültségű, feszültség-szabályozó és kis-feszültségű tekercsekből állnak, és elrendezésük a következő kulcsfontosságú elveket követi:

 

 

 

 

Az elektromos kemencék munkakörülményeihez való alkalmazkodás szükségessége miatt, mint például a magas hőmérséklet, a nagy áramerősség és a gyakori feszültségszabályozás, a kemencetranszformátorok célzott eltéréseket mutatnak a magkomponensek szerkezetében a hagyományos teljesítménytranszformátoroktól. Az alábbiakban a legfontosabb megkülönböztető komponens részletes leírása található.

1. Konjugált mag

• Szerkezeti jellemző: A reaktormag éstranszformátor magosztoznak egy közös igán, ami egy integrált "konjugált" kialakítást alkot.
• Különbségpont: A hagyományos teljesítménytranszformátorok transzformátormagja és reaktormagja többnyire független, különálló szerkezetek, közös járom nélkül.
• Tervezési cél: A teljes térfogat összenyomása a megosztott járon keresztül, csökkentse a szivárgó mágneses veszteséget, és javítsa a magmágneses áramkör csatolási hatékonyságát, hogy alkalmazkodjon az elektromos kemence terheléseinek dinamikus szabályozási igényeihez.

 

2. Lépcsőzetes tekercselés

A kemencetranszformátorok tekercselése speciális lépcsőzetes kialakítást alkalmaz, amely eltér a hagyományos tekercselési módszertől.teljesítmény transzformátorok. Főleg két típusra oszthatók:

• Közvetlen-tekercselés lépcsőzetes tekercselése: A vezetékek felváltva vannak elrendezve meghatározott menetemelkedésekben a közvetlen tekercselés során, nem követve a teljesítménytranszformátorok egységes szekvenciális tekercselési logikáját.
• Összeszerelt lépcsőzetes tekercsek: A tekercseket szakaszonként előre gyártják, majd készletekbe állítják össze, felváltva elosztva az egyes tekercsszakaszok tekercselési irányát és helyzetét.
• Fő előnye: Növeli a tekercsek-zárlati ellenállását, javítja az elektromos és mágneses mezők eloszlását a tekercseken belül, csökkenti a helyi veszteséget, és alkalmazkodik a bekapcsolási áram állapotához az elektromos kemence indításakor.

 

3. Koncentrikus tekercsek (Speciális kialakítás feszültségszabályozáshoz és alacsony feszültségű{0}}tekercsekhez)

A kemencetranszformátorok koncentrikus tekercsei jelentősen eltérnek a teljesítménytranszformátoroktól a feszültségszabályozó tekercsek és a kisfeszültségű{0}}tekercsek szerkezeti formáiban:

Feszültségszabályozó tekercsek

• Tekercselési típusok: Négy speciális kialakítást tartalmaz: folytonos, átlapolt típusú, spirális típusú és hengeres típusú, célzottabb alkalmazási forgatókönyvekkel.
• Különbségpont: A teljesítménytranszformátorok feszültségszabályozó tekercsei főként folyamatos típusú és terhelési feszültségszabályozásra szánt szerkezetek. A kemencetranszformátorok átlapolt és spirális feszültségszabályozó tekercsei inkább az impulzusfeszültség elviselésére koncentrálnak, míg a hengeres típus a mágneses tér stabilitását optimalizálja a feszültségszabályozás során.
• Alkalmazkodási követelmény: Megfelel a széles-tartományú és gyakori feszültségszabályozás követelményeinek az elektromos kemencés olvasztása során, és javítja a tekercsek szigetelési megbízhatóságát.

Alacsony-feszültségű tekercsek

(1) Különleges szerkezeti típusok:

• Dupla-lemez kisfeszültségű-tekercsek: Dupla-lemezszegmensben tekercselve, nagyobb hőelvezetési területtel, mint a hagyományos kisfeszültségű-tekercsek a teljesítménytranszformátorokban.
• „-8. ábra” formájú kisfeszültségű tekercsek: A tekercsek „8. ábra” alakban vannak elosztva, hatékonyan csökkentve a szivárgó mágneses fluxust és alkalmazkodva a nagy áramátvitelhez.
• Lemez-típusú alacsony-feszültségű tekercsek: Használjon lapos-lemezes szerkezeti kialakítást, csökkentse a bőrhatást nagy áram alatt, és javítsa az áramelvezető képességet.

(2) Magkülönbség: A teljesítménytranszformátorok kisfeszültségű-tekercsei főként hengeres és spirális típusúak. A kemencetranszformátorok kisfeszültségű-tekercseit úgy tervezték, hogy alkalmazkodjanak a nagy áramköri munkakörülményekhez, nagyobb hangsúlyt fektetve az alacsony veszteségre és a nagy hőelvezetési teljesítményre.

 

4. Alacsony-feszültségű vezetékek

• Szerkezeti jellemzők: Az alacsony-feszültségű vezetékek nagy keresztmetszetű-vezetőket használnak, és az elrendezési útvonalat kis-távolságú, alacsony-impedanciájú kialakításra optimalizálták. Bizonyos esetekben árnyékoló szerkezetet használnak.
• Különbség: A teljesítménytranszformátorok kisfeszültségű{0}}vezetékei inkább a szigetelésvédelemre és a gondos vezetékezésre összpontosítanak. A kemencetranszformátorok alacsony-feszültségű vezetékeit főként a „nagy áramátvitel” köré optimalizálták, nagyobb vezeték-keresztmetszet- és alacsonyabb impedanciával, hogy csökkentsék a vezetékveszteséget.

 

5. Alacsony-feszültségű kimeneti csatlakozók

(1) Különleges típusok:

• Rézlemezes csatlakozók: Egyetlen vastag rézlemezből készült, nagy érintkezési felülettel, közepes és nagy kapacitású áramátvitelre alkalmas.
• Vízhűtéses rézcső csatlakozók: Használjon üreges rézcsöveket hordozóként, kombinálva egy víz-hűtőrendszerrel, amely gyorsan elvezeti a nagy áramok által termelt hőt.

(2) Különbség: A teljesítménytranszformátorok kisfeszültségű{1}}kimeneti kapcsai többnyire hagyományos rézrudak vagy csavaros csatlakozók, vízhűtéses kialakítás nélkül. A kemencetranszformátorok kapocsszerkezetét kifejezetten úgy tervezték, hogy ellenálljon a nagy áramerősségnek és a magas hőmérsékletű munkakörülményeknek, biztosítva az áramátvitel stabilitását és élettartamát.