Обзор печного трансформатора

I. Что такое печный трансформатор?

 

A печной трансформатор— это электрическое устройство, которое регулирует напряжение переменного тока (AC), повышая или понижая его, в соответствии с эксплуатационными требованиями систем на базе печи -. В промышленной выплавке металлов - (например, для стали, специальной стали, белого корунда, электролитического алюминия) он действует как специализированный силовой трансформатор, способный выдерживать большие токовые нагрузки - и повторяющиеся механические и термические нагрузки от электрических дуг, обычно с первичным напряжением, не превышающим 72,5 кВ, большой мощностью и с использованием углеродных стержней в качестве электродов. В быту и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха он преобразует электричество высокого напряжения - в более низкое, безопасное напряжение для компонентов печи (таких как термостаты и системы зажигания), обеспечивая эффективную работу за счет электромагнитной индукции для передачи энергии, при этом место его установки варьируется от внутри печи до наружных блоков переменного тока в зависимости от конкретной конструкции системы.

 

 

 

Печный трансформатор выступает в роли «сердца» промышленной печи. Его основная функция — преобразовывать высокое напряжение и малый ток сети в низкое напряжение и высокий ток, необходимые печи, обеспечивая точную и надежную мощность для таких процессов, как плавка, нагрев и рафинирование. В зависимости от конкретного типа печи, принципа работы и технологических требований печные трансформаторы существенно различаются по конструкции и технологии. Ниже приведены некоторые из наиболее широко используемых типов в металлургической, химической и сырьевой промышленности.

В итоге,различные типы печных трансформаторов являются продуктами конкретных промышленных процессов. Они специализируются на конструктивных параметрах (напряжение, ток, полное сопротивление), методах регулирования напряжения, перегрузочной способности и режимах работы. Правильное понимание и выбор подходящего печного трансформатора имеют решающее значение для обеспечения безопасности производства, повышения качества продукции и снижения энергопотребления.

 

 

Из-за низкого вторичного напряжения, большого тока и широкого диапазона регулирования напряжения печных трансформаторов (требующих регулировки от максимального значения до 25–50% максимального значения), их методы регулирования напряжения существенно отличаются от методов регулирования силовых трансформаторов. Основные методы следующие:

1. Регулирование напряжения переменного потока

Его принцип заключается в установке отводов регулирования напряжения или отдельных обмоток регулирования напряжения на первичной обмотке. Когда первичное напряжение постоянно, напряжение на виток изменяется путем изменения количества витков первичной обмотки, подключенной к цепи, тем самым изменяя напряжение вторичной обмотки. Поток сердечника изменяется во время регулирования напряжения.

• Функции: Простая конструкция, обмотки могут быть расположены концентрически или в шахматном порядке. При одинаковом числе витков отводов первичной обмотки разность ступеней вторичного напряжения неодинаковая; если требуется равная разница шагов, необходимо использовать многослойную обмотку. Когда вторичное напряжение максимально, холостая часть первичной обмотки склонна к колебаниям напряжения, что неблагоприятно для изоляции. Когда вторичное напряжение минимально, магнитная плотность сердечника низкая, что неэкономично для изделий с широким диапазоном регулирования напряжения. Ситуацию можно улучшить, используя преобразование D-Y.
• Область применения: Малые и средние-печные трансформаторы с первичным напряжением 35 кВ или ниже и диапазоном регулирования напряжения менее 20 %.

 

2. Последовательное регулирование напряжения трансформатора.

Последовательный трансформатор добавлен в бак главного трансформатора. Обмотки низкого-напряжения главного трансформатора и последовательного трансформатора соединены последовательно. Напряжение обмотки высокого-напряжения последовательного трансформатора изменяется через отдельную обмотку регулирования напряжения главного трансформатора, тем самым изменяя составное напряжение обмоток низкого-напряжения главного трансформатора и последовательного трансформатора.

• Преимущества: Широкий диапазон регулирования напряжения, разность ступеней вторичного напряжения одинакова при одинаковом количестве оборотов ответвителя. Первичное напряжение не ограничивается уровнем изоляции-переключателя ответвлений и может быть напрямую понижено с 63~220 кВ, что устраняет необходимость в промежуточной подстанции. Емкость обмотки регулирования напряжения намного меньше выходной мощности печного трансформатора, что позволяет легко выбрать переключатель отводов-с высоким коэффициентом безопасности. Обмотку регулирования напряжения можно подключить к компенсационному конденсатору для улучшения коэффициента мощности. Главный трансформатор работает при постоянном потоке, что делает разработку изделий большой мощности и широкого диапазона регулирования напряжения более экономичным.
• Недостатки: Сложная конструкция,-требующая много времени на изготовление и неудобная в обслуживании. При отрицательных отводах потери в нагрузке велики, а потери в нагрузке при минимальном вторичном напряжении немного отличаются от потерь при максимальном вторичном напряжении, а приращение напряжения импеданса велико.
• Область применения: Печные трансформаторы мощностью 10000 кВА и более или печные трансформаторы с высоким первичным напряжением (63 кВ и более).

 

3. Регулирование напряжения автотрансформатора

Состоит из автотрансформатора и печного трансформатора с фиксированным коэффициентом трансформации, которые могут быть установлены в одном баке или отдельно, с максимальным уровнем изоляции 35кВ.

• Функции: Общая нейтраль автотрансформатора должна быть надежно заземлена (при разных уровнях напряжения первичной и вторичной сторон); его можно незаземлить, если уровни напряжения одинаковы. Когда количество витков ответвителей одинаково, разность ступеней напряжения низкого-напряжения печного трансформатора одинакова. Изменение импеданса невелико в процессе регулирования напряжения. Для однофазных изделий можно использовать трех-сердечник с неравным-сечением: одно плечо для обмотки регулирования напряжения автотрансформатора, одно плечо для обмотки печного трансформатора и одно плечо в качестве общего ярма, что обеспечивает более экономичную конструкцию. Изделия большой-мощности должны иметь отдельную конструкцию, а соединительная шина между автотрансформатором и печным трансформатором должна быть укорочена и закрыта, чтобы предотвратить повреждение автотрансформатора из-за чрезвычайно большого тока короткого-замыкания в случае короткого замыкания.

 

 

 

 

Печные трансформаторы состоят из обмоток высокого-напряжения,{1}}регулирования напряжения и обмотки низкого-напряжения, расположение которых соответствует следующим основным принципам:

 

 

 

 

Из-за необходимости адаптации к условиям работы электрических печей, таким как высокая температура, большой ток и частое регулирование напряжения, печные трансформаторы имеют целевые отличия в структурах основных компонентов от обычных силовых трансформаторов. Ниже приводится подробное описание ключевого отличительного компонента.

1. Сопряженное ядро

• Конструктивная особенность: Активная зона реактора исердечник трансформатораимеют общее ярмо, образуя единую «сопряженную» конструкцию.
• Отличие: Сердечник трансформатора и сердечник реактора обычных силовых трансформаторов представляют собой в основном независимые отдельные конструкции без общего ярма.
• Цель конструкции: Сжать общий объем с помощью общего ярма, уменьшить магнитные потери утечки и повысить эффективность связи магнитной цепи с сердечником, чтобы адаптироваться к потребностям динамического регулирования нагрузок электропечи.

 

2. Ступенчатые обмотки.

Обмотки печных трансформаторов имеют специальную шахматную конструкцию, которая отличается от обычного метода намотки.силовые трансформаторы. В основном они делятся на два типа:

• Обмотки с прямой-намоткой в ​​шахматном порядке: во время прямой намотки проводники располагаются попеременно с определенным шагом, а не в соответствии с единой логикой последовательной намотки силовых трансформаторов.
• Сборка обмоток в шахматном порядке: Обмотки изготавливаются заранее по секциям, а затем собираются в комплекты, при этом направление намотки и положение каждой секции обмоток распределяются поочередно.
• Основное преимущество: повысить сопротивление короткого-замыкания обмоток, улучшить распределение электрических и магнитных полей внутри обмоток, уменьшить местные потери и адаптироваться к условиям пускового тока во время запуска электропечи.

 

3. Концентрические обмотки (Специальная конструкция для обмоток регулирования напряжения и обмоток низкого-напряжения)

Концентрические обмотки печных трансформаторов имеют существенные отличия от силовых трансформаторов по конструктивным формам обмоток регулирования напряжения и обмоток низкого-напряжения:

Обмотки регулирования напряжения

• Типы намотки: включают четыре специальные конструкции: непрерывный тип, чередующийся тип, спиральный тип и цилиндрический тип с более целевыми сценариями применения.
• Отличие: обмотки регулирования напряжения силовых трансформаторов в основном представляют собой конструкции непрерывного типа и специальные конструкции для регулирования напряжения под-нагрузкой. Перемежающиеся и спиральные обмотки регулирования напряжения печных трансформаторов больше ориентированы на выдерживание импульсного напряжения, а цилиндрический тип оптимизирует стабильность магнитного поля во время регулирования напряжения.
• Требования к адаптации: удовлетворить потребности в широком-диапазоне и частом регулировании напряжения во время плавки в электропечах, а также повысить надежность изоляции обмоток.

Обмотки низкого-напряжения

(1) Специальные конструктивные типы:

• Двойные-дисковые обмотки низкого-низкого напряжения: намотаны в виде двойных-дисковых сегментов с большей площадью рассеивания тепла по сравнению с обычными обмотками низкого-силового трансформатора.
• Низковольтные обмотки в форме «фигуры-8»: Обмотки расположены в форме «восьмерки», что эффективно снижает магнитный поток рассеяния и адаптируется к передаче большого тока.
• Пластинчатые обмотки-типа низкого-низкого напряжения: конструкция конструкции из плоских-пластин позволяет уменьшить скин-эффект при больших токах и повысить-нагрузочную способность по току.

(2) Разница в сердечнике: обмотки низкого-силового трансформатора в основном имеют цилиндрическую и спиральную обмотки. Все обмотки низкого-печного трансформатора рассчитаны на работу в условиях больших токов, уделяя особое внимание низким потерям и высокому рассеиванию тепла.

 

4. Выводные провода низкого-напряжения.

• Конструктивная особенность: в подводящих проводах низкого-напряжения используются проводники-большого поперечного сечения, а схема прокладки оптимизирована для коротких-расстояний и низкого-импеданса. В некоторых сценариях используется экранирующая конструкция.
• Отличие: провода низкого-вывода силовых трансформаторов больше ориентированы на защиту изоляции и аккуратную проводку. Выводные провода низкого-печных трансформаторов в основном оптимизированы для «передачи большого тока» с большим поперечным-сечением проводника и более низким импедансом для уменьшения потерь в подводящих проводах.

 

5. Розетки низкого-напряжения.

(1) Специальные типы:

• Медные пластинчатые клеммы: изготовлены из цельного куска толстой медной пластины с большой площадью контакта, подходят для передачи тока средней и большой мощности.
• Медные трубчатые клеммы с водяным-охлаждением. В качестве несущей конструкции используйте полые медные трубки в сочетании с системой водяного-охлаждения, которая позволяет быстро рассеивать тепло, выделяемое большими токами.

(2) Отличие: выходные клеммы низкого-выходного напряжения силовых трансформаторов в основном представляют собой обычные медные стержни или клеммы болтового-типа без специального водяного-охлаждения. Клеммная конструкция печных трансформаторов специально разработана, чтобы выдерживать большие токи и высокие-температурные условия работы, обеспечивая стабильность передачи тока и срок службы.