Podstawowe wprowadzenie do transformatora pieca elektrycznego

Od drugiej rewolucji przemysłowej elektryczność stała się energią przemysłową, a ludzie weszli w “epokę elektryczną”. Transformator mocy jest istotną częścią naszego przemysłu ciężkiego, przekształca wysokie napięcie z systemu przesyłowego na niskie napięcie dla urządzeń elektrycznych w naszym przemyśle.

Transformator piecowy jest jednym z typów transformatorów mocy zanurzeniowych w oleju, wykorzystywanym do zasilania pieców. Czym zatem jest transformator piecowy? W porównaniu z innymi transformatorami, czy istnieją jakieś szczególne cechy w transformatorach piecowych elektrycznych? Sprawdź dzisiejszy artykuł i znajdź odpowiedzi.

Czym jest transformator piecowy?

Transformator transformator piecowy elektrycznyznany również jako transformator przetapiania, jest specjalnym transformatorem mocy głównie używanym do przetapiania metali, takich jak stal. Może wytrzymać ultra duże obciążenia prądowe i znosić wielokrotne wysokie naprężenia mechaniczne i cieplne spowodowane łukami elektrycznymi. Zazwyczaj napięcie pierwotne transformatora piecowego elektrycznego nie przekracza 72,5 kV. Transformator ten może obsługiwać prądy w zakresie od kilku tysięcy do dziesiątek tysięcy amperów. Zazwyczaj ma dużą moc i występuje w dwóch konstrukcjach: typu rozdzielonego i typu zintegrowanego. Transformator piecowy elektryczny wykorzystuje pręty węglowe jako elektrody i jest powszechnie stosowany w przetapianiu stali specjalnej, białego korundu, aluminium elektrolitycznego i innych materiałów.

Cechy projektowe transformatorów piecowych elektrycznych

Transformatory piecowe elektryczne są zaprojektowane do obsługi wysokich prądów i zmiennych napięć wymaganych dla pieców elektrycznych. Kluczowe cechy projektowe obejmują:

Odcinki napięciowe i projekt rdzenia

Transformatory pieców elektrycznych zazwyczaj mają wiele zacisków do regulacji napięcia wtórnego. Ze względu na duży prąd i niewielką liczbę skutecznych zwojów w uzwojeniu niskonapięciowym, zaciski często ustawiane są w uzwojeniu wysokiego napięcia. Uzwojenie wysokiego napięcia wymaga więcej zwojów, aby zapewnić niezbędny zakres napięcia wtórnego.

Gęstość strumienia rdzenia różni się w zależności od każdego zacisku z powodu różnych zwojów pierwotnych dla każdego napięcia wtórnego. Największe napięcie wtórne określa rozmiar rdzenia, podczas gdy najmniejsze napięcie wtórne wpływa na całkowitą liczbę zwojów pierwotnych. W konsekwencji zakres napięcia wtórnego znacząco wpływa na wagę i koszt transformatora.

Charakterystyka reaktancji

Zakres napięcia wtórnego wpływa na reaktancję transformatora. W dobrze zaprojektowanym transformatorze reaktancja powinna zmieniać się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu napięcia wtórnego. Zazwyczaj reaktancja nie powinna przekraczać 15%. Większy zakres zacisków może skomplikować rozmieszczenie cewek, podczas gdy mniejszy zakres zacisków skutkuje bardziej zwartym transformatorem.

Układ cewki

Cewki powinny być rozmieszczone w taki sposób, aby pozycje zacisków pierwotnych w równym stopniu wpływały na reaktancję każdej wielocewkowej cewki w uzwojeniu niskonapięciowym. Powszechnym podejściem jest nawijanie każdej cewki wysokiego napięcia w całości i łączenie wszystkich cewek równolegle w wielu grupach. Zaciski są pobierane z środka każdego uzwojenia, a odpowiadające zamknięcia są łączone na różne sposoby i szybko przełączane przez regulator napięcia.

Budowa transformatora

Zbiornik transformatora, pokrywa oraz struktury zaciskowe cewek są zazwyczaj wykonane ze stali. Biorąc pod uwagę wysokie wymagania prądowe, należy zwrócić uwagę na rozmieszczenie szyn prądowych i przewodów, aby uniknąć koncentracji strat i ogrzewania sąsiednich materiałów magnetycznych z powodu przepływu lewego.

Połączenia trójfazowe

Większość dużych pieców łukowych korzysta z trójfazowego zasilania, a powszechną praktyką jest stosowanie trójfazowego transformatora z połączeniem delta do uzwojenia niskonapięciowego. Tradycyjnie w transformatorze stosowano połączenie delta, ale często prowadziło to do nadmiernych strat. Obecnie zęby szynowe są przeprowadzane przez pokrywę transformatora, a połączenie delta jest na zewnątrz transformatora. Jeśli odległość do pieca elektrycznego jest znaczna, szyny powinny być umieszczone w pobliżu pieca po opuszczeniu transformatora, aby zminimalizować straty i uniknąć ogrzewania sąsiednich materiałów magnetycznych.

Systemy chłodzenia

Transformatory chłodzone wodą są preferowane w dużych piecach elektrycznych ze względu na oszczędności kosztów i miejsca, a także dlatego, że często istnieje odpowiednia podaż wody chłodzącej dostępnej zarówno dla rusztu elektrodowego pieca, jak i transformatora. Jeśli jakość wody budzi wątpliwości, zamiast tego stosuje się transformatory chłodzone naturalnie.

Ochrona przed pyłem

Transformatory pieców elektrycznych są często instalowane w zapylonych środowiskach. Aby zapobiec przedostawaniu się kurzu, transformatory muszą być dobrze uszczelnione. Odpowiednio zaprojektowane pudełka uszczelniające wokół każdej szyny mogą skutecznie zapobiegać przedostawaniu się zanieczyszczeń do transformatora.

Wymagania dotyczące reaktancji

Kluczowym znakiem charakterystycznym pieców łukowych jest to, że opór łuku maleje w miarę wzrostu prądu, co może powodować niestabilność, chyba że odpowiednia stała impedancja jest połączona szeregowo z napięciem zasilania. Dla dużych pieców łukowych wrodzona reaktancja transformatora jest zazwyczaj wystarczająca. Dla mniejszych pieców łukowych dodatkowa reaktancja może być konieczna, czy to przez zaprojektowanie transformatora z wyższą reaktancją, czy przez dodanie osobnego reaktora szeregowo. Wrodzona reaktancja transformatora nie powinna przekraczać 10% do 15%, a ta wartość jest stała po wyborze. Jeśli stosowane jest osobne reaktory, powinny być one wyposażone w zaciski umożliwiające regulację reaktancji w razie potrzeby.

Jakie są podstawowe specyfikacje transformatora piecowego?

(1) Napięcie znamionowe pierwotne. To napięcie jest napięciem podawanym przez sieć zasilającą do uzwojenia pierwotnego transformatora, to znaczy standardowe napięcie sieci zasilającej, obejmujące głównie 6kV, 10kV, 20kV, 35kV i 110kV.
(2) Napięcie wtórne. Napięcie wtórne jest również znane jako napięcie niskonapięciowe. Jego wartość i typ głównie zależą od wymagań procesu wytwarzania stali, a jego zakres zazwyczaj mieści się między 100 a 1200V.
(3) Napięcie znamionowe. Niezależnie od sposobu podłączenia transformatora, napięcie znamionowe w cewce niskiego napięcia pozostaje niezmienne; natomiast prąd w cewce wysokiego napięcia zmienia się wraz ze zmianą prądu wtórnego.
(4) Moc znamionowa. Moc przy najwyższym napięciu wtórnym jest definiowana jako moc znamionowa transformatora pieca łukowego elektrycznego.
(5) Częstotliwość zasilania. W Chinach częstotliwość zasilania wynosi f=50Hz, natomiast w innych krajach regulacje dotyczące częstotliwości zasilania różnią się w zależności od lokalnego systemu elektrycznego.
(6) Linia połączeniowa i grupa połączeniowa cewki. Gdy cewki są połączone w kształcie Y-△ lub △-△, etykieta grupy połączeniowej to Yd11 (11 oznacza, że kąty fazowe pierwotne i wtórne różnią się o 11°) lub Dd0 (0 oznacza, że kąty fazowe pierwotne i wtórne różnią się o 0°).
(7) Sprawność. Ogólnie, η = 95% do 98% dla małych i średnich transformatorów, a η = 99% dla dużych transformatorów.

Jakie są rodzaje transformatorów piecowych elektrycznych?

(1) Transformator piecowy oporowy

Części mechaniczne można nagrzewać w piecach oporowych i piecach solnych do obróbki cieplnej, spiekania metali proszkowych, wytopu metali nieżelaznych itp. Aby zmniejszyć i dostosować napięcie wejściowe pieca elektrycznego, między piecem a siecią energetyczną musi być zainstalowany transformator pieca oporowego, ponieważ opór elementu grzejnego jest zbyt mały lub zmienia się zbyt mocno podczas procesu grzania.

Transformatory pieców niskonapięciowych, o małej pojemności i pieców solnych to zazwyczaj transformatory typu suchego z obudowami pudełkowymi i chłodzeniem naturalnym; transformatory pieców oporowych o średniej pojemności (setki do tysięcy VA) to zazwyczaj transformatory zanurzeniowe, samo-chłodzące; transformatory o dużej pojemności są chłodzone wodą w obiegu wymuszonym.

(2) Transformator piecowy łukowy

Specjalne transformatory używane do zasilania elektrycznych pieców łukowych do wytopu stali. Te transformatory są duże, złożone i mają wysokie wymagania techniczne. Napięcie na stronie wtórnej jest niskie, zazwyczaj mieści się w zakresie dziesiątek do setek woltów, i musi być regulowane w szerokim zakresie; prąd na stronie wtórnej zazwyczaj osiąga tysiące do dziesiątek tysięcy amperów. Okres topnienia w żeliwie i stali Wytapianie wymaga również dużej mocy, a transformator musi mieć zdolność przeciążeniową 20% w ciągu 2 godzin. Strona pierwotna transformatora do pieca łukowego elektrycznego powinna być podłączona do reaktora ograniczającego prąd lub powinna mieć dużą impedancję, aby ograniczyć prąd zwarciowy w procesie stalowego wytapiania, ponieważ zawalenie ładunku prawdopodobnie spowoduje zwarcie elektrody.

Aby działać, piec elektryczny wymaga, aby transformator zasilający mógł także regulować napięcie. Napięcie można regulować na dwa sposoby.

① Bezpośrednia regulacja napięcia: zaczep jest podłączony do przełącznika zaczepów na pierwotnym uzwojeniu transformatora. Może być również stosowane przełączenie *-Y między trzema fazami strony pierwotnej, aby regulować napięcie na stronie wtórnej. Technika przełączania *-Y jest bardzo efektywnym sposobem regulacji napięcia, który może zmniejszyć napięcie wtórne do 1/ z oryginału bez zmiany liczby zwojów na stronie pierwotnej. 9 zaczepów na każdym uzwojeniu fazowym plus przełączanie *-Y daje łącznie 18 poziomów napięcia.

② Metoda pośredniej regulacji napięcia: metoda pośredniej regulacji napięcia z transformatorem szeregowym. Główny transformator ma trzy uzwojenia (patrz transformator wielozwojowy), uzwojenie 1 to uzwojenie wysokiego napięcia podłączone do sieci, uzwojenie 2 to uzwojenie z zaczepem podłączonym do pierwotnego uzwojenia 4 transformatora szeregowego II za pośrednictwem przełącznika zaczepów, a uzwojenie 3 jest podłączone do wtórnego uzwojenia 5 transformatora szeregowego II, aby dostarczyć moc do obciążenia pieca elektrycznego. Dzięki przełącznikowi zaczepów napięcie wyjściowe uzwojeń 3 i 5 może być zmieniane przez zmianę napięcia pierwotnego transformatora szeregowego II. Zazwyczaj uzwojenia 3 i 5 podłączone do obciążenia mają od 1 do 2 zwojów i są wykonane z rdzenia w kształcie ósemki ze miedzi lub aluminium.

(3) Transformator pieca shell

Cechy konstrukcyjne:

① Rdzeń żelazny
Rdzeń żelazny transformatora pieca typu shell ma strukturę ramową z pełnymi złączami miterowymi. Szerokość rdzenia jest wąska, warunki odprowadzania ciepła są dobre, a konstrukcja jest prosta.

② Uzwojenie
Uzwojenie transformatora pieca typu shell ma kształt prostokątny o takim samym kształcie przekroju jak trzon. Uzwojenie niskiego napięcia wykonane jest z jednego kawałka blachy miedzianej, z dobrymi warunkami odprowadzania ciepła, a głowica ma strukturę spawaną; uzwojenie wysokiego napięcia ma strukturę pie. Układ uzwojeń powinien być przesunięty. Segmenty linii wysokiego napięcia i niskiego napięcia w każdej grupie powinny mieć ten sam potencjał magnetyczny, a ich wymiary promieniowe powinny być zasadniczo takie same. Teoretycznie segmenty linii niskiego napięcia są umieszczane na obu końcach, ponieważ odległość izolacyjna do rdzenia żelaznego jest mała. Jednak aby zmniejszyć impedancję zwarciową transformatora, wymagane są liczne grupy wycieku strumienia magnetycznego, a umieszczanie segmentów linii niskiego napięcia na obu końcach ograniczy liczbę grup wycieku strumienia magnetycznego, dlatego czasami segmenty linii wysokiego napięcia są umieszczane na obu końcach. W procesie regulacji napięcia, aby uzyskać symetryczną konfigurację segmentów linii i zapewnić równowagę potencjału magnetycznego, segment regulacyjny napięcia zwykle przyjmuje wiele połączeń równoległych, aby zapewnić, że impedancja każdej grupy strumienia wycieku jest równa, a prąd każdego segmentu niskiego napięcia jest również równy.

③ Metoda chłodzenia
Transformatory pieców shell w ogólności wykorzystują wymuszoną cyrkulację oleju w kierunku krążenia, wymuszone chłodzenie wodą, wymuszoną cyrkulację oleju oraz wymuszone chłodzenie powietrzem. Ponieważ transformator typu shell może wygodnie ustawić przegrodę między zbiornikiem oleju a obudową, schłodzony olej transformatorowy jest zmuszany do przepływu przez ciasto druciane, przepływ oleju jest równomierny, różnica temperatury każdej części jest mała, efekt odprowadzania ciepła jest dobry, a temperatura najgorętszego punktu może zostać obniżona. Zmniejszyć ją o około 5°C, aby zwiększyć dodatkową zdolność przeciążeniową transformatora.

④ Zbiornik paliwa
Ponieważ uzwojenie transformatora typu shell jest całkowicie osłonięte przez rdzeń żelazny, ma mniejsze ryzyko uszkodzenia przez siły zewnętrzne, dlatego można użyć zbiornika olejowego o odpowiednim kształcie w zależności od kształtu obudowy, co znacznie zmniejsza rozmiar i wagę transformatora.

Zaleta:

① Małe siły mechaniczne i dobra wytrzymałość
Obliczenia teoretyczne pokazują, że promieniowa siła elektromagnetyczna transformatora typu shell jest bardzo mała. Chociaż siła elektromagnetyczna osiowa jest stosunkowo duża, można ją również znacząco zmniejszyć, gdy jest wiele grup wycieków magnetycznych. Uzwojenia transformatora typu shell są całkowicie otoczone częściami izolacyjnymi, a rdzeń żelazny otacza je. Siła zwarciowa jest bezpośrednio przekazywana do zbiornika paliwa przez części izolacyjne i rdzeń żelazny, w przeciwieństwie do struktury typu rdzeń, która ma mniejszą powierzchnię podpory uzwojenia, dlatego transformator typu shell ma dużą wytrzymałość mechaniczną.

② Silna odporność na uderzenia uzwojenia
Ponieważ uzwojenie transformatora typu shell ma niewiele zwojów i dużych rozmiarów promieniowych, pojemność między zwojami jest duża, ale pojemność do ziemi jest mała, więc gdy napięcie impulsowe działa na transformator typu shell, początkowe napięcie jest zasadniczo w liniowej dystrybucji, gradient napięcia jest znacznie zmniejszony. Jednocześnie, ze względu na dużą inherentną pojemność transformatora typu shell, czas oscylacji napięcia uzwojenia jest wydłużony, a napięcie przejściowe zostało osłabione, zanim uzwojenie osiągnie amplitudę. Z tego powodu uzwojenie transformatora typu shell ma dobre właściwości odporności na wstrząsy nadnapięciowe.

③ Niska impedancja
Każda faza transformatora typu shell może być podzielona na kilka grup wycieku magnetycznego, a promieniowy rozmiar ciasta drucianego jest duży; impedancja może być zaprojektowana na 2% do 3%, a siły mechaniczne i straty obciążenia są również małe. Ponieważ moc bierna transformatora jest znacznie zmniejszona, współczynnik mocy pieca elektrycznego naturalnie wzrasta.

④ Regulacja napięcia w fazie rozdzielonej nie ma wpływu na obwód magnetyczny
Z powodu asymetrii trójfazowego strumienia magnetycznego w regulacji napięcia w fazie rozdzielonej, transformator rdzeniowy musi korzystać z pięcio-kolumnowego rdzenia stalowego. Jednak w rdzeniu transformatora w obudowie, każda faza już ma niezależny obwód magnetyczny, a asymetria obwodu magnetycznego nie wpływa na projekt rdzenia.

⑤ Krótkie przewody i łatwa równowaga impedancji
Wyjście końca przewodu i przewód boczny są rysowane tak krótko, jak to możliwe, w górnej części uzwojenia, a wyjście uzwojenia niskonapięciowego może być tej samej długości, tym samym eliminując nierównowagę impedancji przewodu niskonapięciowego i redukując transfer mocy podczas pracy pieca elektrycznego.

⑥ Niskie straty

Transformatory piecowe Daelim są eksportowane do Meksyku, Argentyny i innych krajów. Nasz zespół wyróżnia się w projektowaniu i wymaganiach technicznych dotyczących transformatorów piecowych i wnosi bogate doświadczenie do każdego projektu. Jeśli szukasz zaufanego dostawcy transformatorów piecowych, nie wahaj się skontaktuj się z nami, dziś!

Daelim produkuje również transformator mocy stacji, transformatora montowanego na podkładce, transformator HV., itd... Z różnymi międzynarodowymi standardami i certyfikatami, Daelim będzie twoim zaufanym dostawcą transformatorów.