Máy biến áp chỉnh lưu nhiều nhánh

Trong các hệ thống điện phân, mạ điện và truyền động DC quy mô lớn, dòng điện một chiều ở phía van có thể đạt tới hàng chục nghìn ampe. Việc sử dụng cuộn dây phía van một đường dẫn đến tiết diện dây dẫn quá lớn, khiến cuộn dây và đầu nối dây ra khó khăn, đồng thời cũng làm tăng nguy cơ quá nhiệt cục bộ khi dòng điện tăng. Máy biến áp chỉnh lưu nhiều bộ chia chia cuộn dây phía van thành nhiều nhánh độc lập, mỗi nhánh cung cấp một cầu chỉnh lưu khác nhau; điều này làm giảm dòng điện trên mỗi nhánh và tăng cường tính linh hoạt trong vận hành hệ thống. Yulan Transformer sản xuất máy biến áp chỉnh lưu nhiều bộ chia có công suất từ ​​630 kVA đến 80.000 kVA và định mức điện áp phía lưới là 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV và 35 kV.

Chức năng của cấu trúc phân chia

Việc tách cuộn dây phía van làm giảm dòng điện trong mỗi nhánh, do đó làm giảm các thông số kỹ thuật về mặt cắt dây dẫn và thanh cái đầu cuối cần thiết, giúp đơn giản hóa việc sản xuất. Các nhánh phân chia được ghép nối thông qua mạch từ của lõi, tạo ra một "trở kháng phân chia" cụ thể. Trở kháng này hạn chế tác động của đoản mạch ở một nhánh lên các nhánh khác và triệt tiêu dòng điện tuần hoàn giữa các cầu chỉnh lưu.

Trong các bộ nguồn DC dùng cho điện phân, cấu trúc đa phân chia thường được kết hợp với cấu hình "song song nghịch đảo cùng pha". Các cuộn dây phân chia liền kề có chung pha điện áp nhưng có hướng đầu ra ngược nhau, khiến từ trường triệt tiêu lẫn nhau; điều này làm giảm thông lượng rò rỉ khe và tổn thất tản nhiệt trong các bộ phận kết cấu.

Cấu hình phân chia phổ biến

Chia đôi

Cuộn dây phía van được chia thành hai nhánh độc lập, mỗi nhánh có thể kết nối với một cầu chỉnh lưu riêng. Cấu trúc phân chia kép là cấu hình đơn giản nhất và thường được sử dụng cho các nguồn điện phân hoặc mạ điện công suất trung bình.

Chia ba và chia bốn

Cuộn dây phía van được chia thành ba hoặc bốn nhánh, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu dòng điện cao hơn hoặc nhiều đầu ra DC. Mỗi nhánh có thể được chuyển mạch độc lập, cho phép các nhánh còn lại tiếp tục hoạt động ngay cả khi một phần tải bị ngắt.

Tách trục và tách xuyên tâm

Tách trục liên quan đến việc sắp xếp các đoạn cuộn dây điện áp cao và thấp dọc theo chiều cao của nhánh lõi, trong khi tách xuyên tâm liên quan đến việc hình thành nhiều lớp cuộn dây theo hướng xuyên tâm. Hai phương pháp này dẫn đến sự phân bố trở kháng và thông lượng rò rỉ khác nhau; sự lựa chọn phụ thuộc vào các thông số chỉnh lưu và yêu cầu ngắn mạch. Thông số kỹ thuật

Thông số mục

Thử thách thiết kế

Kiểm soát trở kháng phân chia

Độ lớn của trở kháng phân chia ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố dòng điện giữa các cầu chỉnh lưu và mức dòng điện ngắn mạch. Nếu trở kháng quá thấp, dòng điện sẽ dao động đáng kể ở các nhánh khác khi có sự cố một nhánh; nếu quá cao, tổn thất sẽ tăng và hiệu suất điều chỉnh điện áp đầu ra DC sẽ kém đi. Thiết kế yêu cầu đạt được các giá trị mục tiêu thông qua việc bố trí cuộn dây và điều chỉnh kích thước hình học, dựa trên phạm vi trở kháng do nhà sản xuất bộ chỉnh lưu chỉ định.

Đầu ra dòng điện cao

Tổng dòng điện phía van có thể đạt tới hàng chục nghìn ampe; ngay cả sau khi tách ra, dòng điện trong một nhánh vẫn rất cao. Đầu ra thường sử dụng nhiều thanh cái đồng song song; cần có các biện pháp chuyển vị và khoảng cách đồng đều để đảm bảo phân phối dòng điện đều trên các thanh song song và ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt cục bộ. Một số sản phẩm có bảng đấu nối diện tích lớn trên thành bên của bể để giảm thiểu điện trở tiếp xúc.

Thông lượng rò rỉ và hệ thống sưởi thành phần kết cấu

Cuộn dây dòng điện cao tạo ra từ trường rò rỉ cường độ cao, tạo ra dòng điện xoáy trong các kết cấu kẹp, tấm nối và thành bể. Thiết kế nhiều ngăn thường yêu cầu che chắn từ tính trên thành bên trong của bể cũng như các kẹp có rãnh hoặc sử dụng vật liệu không có từ tính để giảm tổn thất tản lạc. Lựa chọn phương pháp làm mát

Máy biến áp chỉnh lưu nhiều nhánh công suất lớn thường sử dụng làm mát bằng nước cưỡng bức bằng dầu (OFWF) hoặc làm mát bằng không khí bằng dầu cưỡng bức (OFAF). Việc lựa chọn bộ làm mát phải tính đến lượng nhiệt bổ sung được tạo ra do tổn thất do sóng hài gây ra; tính toán nhiệt không thể chỉ dựa vào ước tính dựa trên dòng điện hình sin tần số công nghiệp.

Sản xuất và thử nghiệm

Cuộn dây được quấn bằng cách sử dụng các dây dẫn chuyển vị hoặc nhiều dây dẫn song song, với các tấm chắn cách điện đáng tin cậy được đặt giữa các nhánh tách rời. Sau khi lắp ráp, bộ phận hoạt động trải qua quá trình xử lý trong hệ thống sấy chân không pha hơi dầu hỏa để loại bỏ hoàn toàn độ ẩm và khí khỏi các bộ phận cách nhiệt.

Ngoài các thử nghiệm tiêu chuẩn tại nhà máy, các phép đo được tiến hành để phân chia trở kháng giữa các nhánh, điện trở cách điện giữa các nhánh và mức điện áp chịu được. Đối với các sản phẩm có điện áp danh định từ 35 kV trở lên, các thử nghiệm xung sét và phép đo phóng điện cục bộ được thực hiện. Yêu cầu cụ thể bao gồm thử nghiệm độ tăng nhiệt đối với từng nhánh rẽ nhánh để kiểm tra độ tăng nhiệt độ điểm nóng dưới dòng điện hài danh định.

Dữ liệu thử nghiệm được lưu trữ theo số sê-ri, đảm bảo khả năng truy nguyên ngược lại quá trình cuộn dây, xếp chồng lõi và sấy khô. Công ty có các chứng chỉ ISO 9001:2015, ISO 14001 và ISO 45001.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi: Mối quan hệ giữa "đa phân chia" và "ghép kênh" là gì?

"Đa bộ chia" dùng để chỉ thiết kế cấu trúc trong đó cuộn dây phía van được chia thành nhiều nhánh có khả năng cung cấp điện độc lập. "Ghép kênh" đề cập đến việc sử dụng dịch pha để tạo ra sự lệch pha giữa các cầu chỉnh lưu, từ đó loại bỏ sóng hài phía lưới. Hai khái niệm có thể được kết hợp; ví dụ, một máy biến áp chia đôi có thể cấp nguồn riêng cho hai cầu 6 xung, với việc dịch pha được áp dụng để tạo thành hệ thống 12 xung.

Hỏi: Trở kháng phân chia thường được xác định như thế nào?

Các giá trị trở kháng phân chia do nhà sản xuất bộ chỉnh lưu hoặc nhà thiết kế hệ thống chỉ định, chủ yếu dựa trên các giới hạn dòng điện ngắn mạch, điều khiển dòng điện tuần hoàn giữa các cầu song song và các yêu cầu điều chỉnh điện áp DC. Nhà sản xuất máy biến áp điều chỉnh cách bố trí cuộn dây và kích thước ống làm mát để đáp ứng trở kháng mục tiêu, sau đó xác minh thiết kế thông qua thử nghiệm.

Câu hỏi: Lợi ích của kết nối song song ngược pha cùng pha là gì? 

Bằng cách kết nối các cuộn dây phân đôi liền kề theo cấu hình chống song song, các hướng dòng điện được tạo ra ngược nhau, khiến từ trường rò rỉ sinh ra triệt tiêu lẫn nhau; điều này làm giảm đáng kể thông lượng rò rỉ khe, sự nóng lên trong các bộ phận kết cấu và lực điện từ lên cuộn dây. Thiết kế này được sử dụng rộng rãi trong các máy biến áp chỉnh lưu dòng điện cao, điện áp thấp cho các ứng dụng điện phân.

Câu hỏi: Các nhánh riêng lẻ của máy biến áp nhiều nhánh có thể hoạt động độc lập không?

Đúng. Các nhánh phía van độc lập về điện, cho phép bật hoặc tắt các cầu chỉnh lưu tương ứng một cách riêng biệt. Khi một số nhánh ngừng hoạt động, cuộn dây phía lưới và lõi vẫn hoạt động; tuy nhiên phải cẩn thận để đảm bảo tải trọng lên các nhánh còn lại không vượt quá giới hạn thiết kế.

Hỏi: Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn dầu cưỡng bức nên được bảo trì như thế nào?

Hệ thống làm mát bằng nước yêu cầu kiểm tra thường xuyên xem có rò rỉ trong đường ống nước làm mát không và theo dõi chênh lệch áp suất giữa mạch nước và dầu để ngăn nước xâm nhập vào dầu. Lớp cặn bên trong bộ làm mát có thể làm giảm khả năng tản nhiệt; lịch trình làm sạch nên được xác định dựa trên chất lượng nước. Trước khi cấp điện cho máy biến áp, hệ thống làm mát phải được khởi động trước; khi tắt máy, hệ thống làm mát phải là hệ thống dừng cuối cùng.

Kịch bản ứng dụng

Máy biến áp chỉnh lưu đa bộ chia chủ yếu được sử dụng trong môi trường công nghiệp cần nguồn DC dòng điện cao, chẳng hạn như:

● Xưởng điện phân nhôm, đồng và kẽm quy mô lớn

● Tế bào điện phân màng trao đổi ion clo-kiềm

● Lò than chì và lò hồ quang điện một chiều

● Dây chuyền sản xuất mạ điện tự động quy mô lớn

● Hệ thống cấp nguồn DC cho luyện kim loại màu

Các ứng dụng này đòi hỏi độ tin cậy cao, phân phối dòng điện đồng đều và dễ bảo trì - những lĩnh vực mà cấu trúc đa phân chia mang lại những lợi thế đáng kể.