Una visió general del transformador del forn

I. Què és un transformador de forn?

 

A transformador del fornés un dispositiu elèctric que regula la tensió de corrent altern (CA), augmentant-la o baixant-la, per adaptar-se als requisits operatius dels sistemes basats en forn -. En aplicacions de fosa de metalls industrials - (per exemple, per a acer, acer especial, corindó blanc, alumini electrolític), funciona com un transformador de potència especialitzat capaç de suportar grans - càrregues de corrent i esforços mecànics i tèrmics repetits d'arcs elèctrics, normalment amb una tensió primària que no supera els 72,5 kV, amb varetes de carboni de gran capacitat i elèctrodes. En contextos domèstics i HVAC, converteix l'electricitat d'alta tensió - en una tensió més baixa i segura per als components del forn (com ara termòstats i sistemes d'encesa), permetent un funcionament eficient mitjançant inducció electromagnètica per a la transferència d'energia, amb la seva ubicació d'instal·lació que va des de l'interior del forn fins a unitats de CA exteriors en funció del disseny específic del sistema.

 

 

 

El transformador del forn actua com el "cor" d'un forn industrial. La seva funció principal és convertir l'alta tensió i el baix corrent de la xarxa en la baixa tensió i l'alta corrent que requereix el forn, proporcionant una potència precisa i robusta per a processos com la fusió, l'escalfament i el refinament. Segons el tipus de forn específic, el principi de funcionament i els requisits del procés, els transformadors de forn varien significativament en el seu disseny i tecnologia. Els següents són alguns dels tipus més utilitzats en les indústries metal·lúrgiques, químiques i de materials.

En resum,diferents tipus de transformadors de forn són productes dels seus processos industrials específics. Estan especialitzats en els seus paràmetres de disseny (tensió, corrent, impedància), mètodes de regulació de tensió, capacitat de sobrecàrrega i règims operatius. Entendre i seleccionar correctament el transformador de forn adequat és crucial per garantir la seguretat de la producció, millorar la qualitat del producte i reduir el consum d'energia.

 

 

A causa de la baixa tensió secundària, el gran corrent i l'ampli rang de regulació de tensió dels transformadors de forn (que requereix un ajust del valor màxim al 25% ~ 50% del valor màxim), els seus mètodes de regulació de tensió són substancialment diferents dels dels transformadors de potència. Els mètodes principals són els següents:

1. Regulació de la tensió de flux variable

El seu principi és establir aixetes de regulació de tensió o bobinatges de regulació de tensió separats al bobinatge primari. Quan la tensió primària és constant, la tensió per volta es modifica modificant el nombre de voltes del bobinatge primari connectat al circuit, canviant així la tensió del bobinatge secundari. El flux del nucli canvia durant la regulació de la tensió.

• Característiques: Estructura simple, i els bobinatges es poden disposar de manera concèntrica o esglaonada. Quan el nombre de voltes de les aixetes de bobinatge primari és igual, la diferència de pas de tensió secundària és desigual; si es requereix una diferència de pas igual, s'ha d'utilitzar un bobinatge apilat. Quan la tensió secundària és al màxim, la part inactiva del bobinatge primari és propensa a l'oscil·lació de la tensió, que és desfavorable per a l'aïllament. Quan la tensió secundària és mínima, la densitat magnètica del nucli és baixa, cosa que no és econòmica per a productes amb un ampli rang de regulació de tensió. La situació es pot millorar utilitzant la transformació D-Y.
• Àmbit d'aplicació: Transformadors de forn{0}}petits i mitjans amb una tensió primària de 35 kV o inferior i un rang de regulació de tensió inferior al 20%.

 

2. Regulació de la tensió del transformador en sèrie

S'afegeix un transformador en sèrie al dipòsit del transformador principal. Els bobinats de baixa tensió del transformador principal i del transformador en sèrie es connecten en sèrie. La tensió de l'enrotllament d'alta tensió-del transformador en sèrie es modifica mitjançant l'enrotllament de regulació de tensió independent del transformador principal, canviant així la tensió composta dels enrotllaments de baixa tensió- del transformador principal i del transformador en sèrie.

• Avantatges: Ampli rang de regulació de tensió i la diferència de pas de tensió secundària és igual quan el nombre de voltes és igual. La tensió primària no està limitada pel nivell d'aïllament del-canviador i es pot reduir directament de 63 ~ 220 kV, eliminant la necessitat d'una subestació intermèdia. La capacitat de l'enrotllament de regulació de tensió és molt menor que la capacitat de sortida del transformador del forn, de manera que és fàcil seleccionar un-canviador amb un alt factor de seguretat. El bobinatge de regulació de tensió es pot connectar a un condensador de compensació per millorar el factor de potència. El transformador principal funciona a flux constant, fent que el disseny de productes amb gran capacitat i un ampli rang de regulació de voltatge sigui més econòmic.
• Inconvenients: Estructura complexa,-fabricació que consumeix temps i incòmode de mantenir. Quan hi ha aixetes negatives, la pèrdua de càrrega és gran i la pèrdua de càrrega a la tensió secundària mínima és lleugerament diferent de la de la tensió secundària màxima i l'increment de la tensió d'impedància és gran.
• Àmbit d'aplicació: Transformadors de forn amb una capacitat de 10.000 kVA o més, o transformadors de forn amb una tensió primària alta (63 kV o més).

 

3. Regulació de la tensió de l'autotransformador

Consta d'un autotransformador i un transformador de forn amb relació de transformació fixa, que es poden instal·lar en el mateix dipòsit o per separat, amb un nivell d'aïllament màxim de 35 kV.

• Característiques: El punt neutre comú de l'autotransformador ha d'estar connectat a terra de manera fiable (quan els nivells de tensió dels costats primari i secundari són diferents); pot estar sense connexió a terra quan els nivells de tensió són els mateixos. Quan el nombre de voltes de presa és igual, la diferència de pas de voltatge de baixa -tensió del transformador del forn és igual. El canvi d'impedància és petit durant el procés de regulació de tensió. Per als productes monofàsics, es pot utilitzar un nucli de tres-extremitats amb seccions transversals-desiguals, amb una branca per al bobinat de regulació de la tensió de l'autotransformador, una per al bobinat del transformador del forn i una branca com a jou comú, donant com a resultat un disseny més econòmic. Els productes de gran-capacitat haurien d'adoptar una estructura separada i el bus de connexió entre l'autotransformador i el transformador del forn s'hauria d'escurçar i tancar per evitar danys a l'autotransformador a causa d'un corrent de curt-extremada gran quantitat en cas d'un curtcircuit.

 

 

 

 

Els transformadors de forn consisteixen en bobinats d'alta-tensió,-regulació i baixa-tensió, amb la seva disposició seguint aquests principis clau:

 

 

 

 

A causa de la necessitat d'adaptar-se a les condicions de treball dels forns elèctrics, com ara alta temperatura, gran corrent i regulació de tensió freqüent, els transformadors de forns han orientat les diferències en les estructures dels components bàsics dels transformadors de potència normals. A continuació es presenta una descripció detallada del component diferencial clau.

1. Nucli conjugat

• Característica estructural: El nucli del reactor inucli del transformadorcomparteixen un jou comú, formant un disseny "conjugat" integrat.
• Punt de diferència: el nucli del transformador i el nucli del reactor dels transformadors de potència ordinaris són majoritàriament estructures independents independents sense un jou comú.
• Propòsit del disseny: comprimir el volum global a través del jou compartit, reduir la pèrdua magnètica de fuites i millorar l'eficiència d'acoblament del circuit magnètic central per adaptar-se a les necessitats de regulació dinàmica de les càrregues del forn elèctric.

 

2. Bobinatges esglaonats

Els bobinatges dels transformadors del forn adopten un disseny especial esglaonat, que és diferent del mètode de bobinat convencional detransformadors de potència. Es divideixen principalment en dos tipus:

• Bobinats esglaonats d'enrotllament directe-: els conductors es disposen alternativament a passos específics durant l'enrotllament directe, sense seguir la lògica de bobinat seqüencial uniforme dels transformadors de potència.
• Bobinats esglaonats muntats: els bobinatges es prefabriquen per seccions i després es munten en conjunts, amb la direcció i la posició de bobinatge de cada secció de bobinatges distribuïdes alternativament.
• Avantatge bàsic: milloreu la resistència al curt{0}}circuit dels bobinatges, milloreu la distribució dels camps elèctrics i magnètics dins dels bobinats, reduïu les pèrdues locals i s'adapti a la condició de corrent d'entrada durant l'engegada del forn elèctric.

 

3. Enrotllaments concèntrics (Disseny especial per a bobinatges de regulació de tensió i de baixa{0}}tensió)

Els bobinats concèntrics dels transformadors del forn presenten diferències significatives amb els transformadors de potència en les formes estructurals dels bobinats de regulació de la tensió i els bobinats de baixa -tensió:

Bobinats reguladors de tensió

• Tipus de bobinatge: inclou quatre dissenys especials: tipus continu, tipus intercalat, tipus espiral i tipus cilíndric, amb escenaris d'aplicació més específics.
• Punt de diferència: els bobinats de regulació de tensió dels transformadors de potència són principalment de tipus continu i estructures dedicades a la-regulació de la tensió de càrrega. Els bobinatges de regulació de la tensió entrellaçada i en espiral dels transformadors del forn se centren més en resistir la tensió d'impuls, mentre que el tipus cilíndric optimitza l'estabilitat del camp magnètic durant la regulació de la tensió.
• Requisit d'adaptació: satisfer les necessitats de regulació de voltatge ampli-i freqüent durant la fosa del forn elèctric i millorar la fiabilitat d'aïllament dels bobinatges.

Bobinats de baixa tensió{0}

(1) Tipus estructurals especials:

• Bobinats de doble-disc-de baixa tensió: enrotllats en segments de doble-disc, amb una àrea de dissipació de calor més gran en comparació amb els bobinats de baixa-tensió convencionals dels transformadors de potència.
• Bobinats de baixa tensió amb forma de "figura-8": els bobinatges es distribueixen en forma de "figura 8", reduint eficaçment el flux magnètic de fuites i adaptant-se a una gran transmissió de corrent.
• Bobinats de baixa tensió-tipus-placa: adopteu un disseny estructural de-placa plana, reduïu l'efecte de la pell amb corrents grans i milloreu la-capacitat de transport de corrent.

(2) Diferència bàsica: els bobinats de baixa tensió-de transformadors de potència són principalment de tipus cilíndric i espiral. Els bobinats de baixa tensió-de transformadors de forn estan dissenyats per adaptar-se a condicions de treball de gran intensitat, centrant-se més en les baixes pèrdues i el rendiment de dissipació de calor elevat.

 

4. Cables de baixa-tensió

• Característica estructural: els cables de baixa-tensió utilitzen conductors de gran-secció transversal, i el camí del disseny s'optimitza per a un disseny de -distància curta i baixa-impedància. En alguns escenaris s'utilitza una estructura de blindatge.
• Punt de diferència: els cables de baixa-tensió dels transformadors de potència se centren més en la protecció de l'aïllament i el cablejat net. Els cables de baixa-tensió dels transformadors de forn s'optimitzen principalment al voltant de la "transmissió de corrent gran" amb una secció transversal-del conductor més gran i una impedància més baixa per reduir la pèrdua de cables conductors.

 

5. Terminals de sortida de baixa tensió-

(1) Tipus especials:

• Terminals de placa de coure: processats a partir d'una sola peça de placa de coure gruixuda, amb una gran àrea de contacte, aptes per a la transmissió de corrent de capacitat mitjana i gran.
• Terminals de tubs de coure refrigerats per aigua-: utilitzeu tubs de coure buits com a transportador, combinats amb un sistema de refrigeració-d'aigua, que pot dissipar ràpidament la calor generada per corrents grans.

(2) Punt de diferència: els terminals de sortida de baixa-tensió dels transformadors de potència són majoritàriament barres de coure convencionals o terminals de tipus pern-sense un disseny de refrigeració d'aigua-dedicat. L'estructura terminal dels transformadors del forn està especialment dissenyada per suportar grans corrents i condicions de treball d'alta -temperatura, garantint l'estabilitat de la transmissió actual i la vida útil.