Μια επισκόπηση του μετασχηματιστή κλιβάνου

I. Τι είναι ο μετασχηματιστής φούρνου;

 

A μετασχηματιστής φούρνουείναι μια ηλεκτρική συσκευή που ρυθμίζει την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), είτε ανεβάζοντάς την είτε προς τα κάτω, ώστε να ταιριάζει με τις λειτουργικές απαιτήσεις των συστημάτων που βασίζονται σε φούρνο -. Σε βιομηχανικές εφαρμογές τήξης μετάλλων - (π.χ. για χάλυβα, ειδικό χάλυβα, λευκό κορούνδιο, ηλεκτρολυτικό αλουμίνιο), λειτουργεί ως εξειδικευμένος μετασχηματιστής ισχύος ικανός να αντέχει μεγάλα φορτία ρεύματος - και επαναλαμβανόμενες μηχανικές και θερμικές καταπονήσεις από ηλεκτρικά τόξα, τυπικά με πρωτογενή τάση που δεν υπερβαίνει τα 5 kV και μεγάλη χωρητικότητα 72 kV. Σε οικιακά περιβάλλοντα και συστήματα HVAC, μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια υψηλής τάσης - σε χαμηλότερη, ασφαλή τάση για εξαρτήματα κλιβάνου (όπως θερμοστάτες και συστήματα ανάφλεξης), επιτρέποντας την αποτελεσματική λειτουργία μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για μεταφορά ενέργειας, με τη θέση εγκατάστασής του να κυμαίνεται από το εσωτερικό του κλιβάνου έως τις εξωτερικές μονάδες εναλλασσόμενου ρεύματος ανάλογα με τον συγκεκριμένο σχεδιασμό του συστήματος.

 

 

 

Ο μετασχηματιστής κλιβάνου λειτουργεί ως η «καρδιά» ενός βιομηχανικού κλιβάνου. Η κύρια λειτουργία του είναι να μετατρέπει την υψηλή τάση και το χαμηλό ρεύμα του δικτύου σε χαμηλή τάση και υψηλό ρεύμα που απαιτείται από τον κλίβανο, παρέχοντας ακριβή και ισχυρή ισχύ για διαδικασίες όπως η τήξη, η θέρμανση και ο καθαρισμός. Ανάλογα με τον συγκεκριμένο τύπο κλιβάνου, την αρχή λειτουργίας και τις απαιτήσεις διεργασίας, οι μετασχηματιστές κλιβάνου διαφέρουν σημαντικά ως προς το σχεδιασμό και την τεχνολογία τους. Τα παρακάτω είναι μερικοί από τους πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους τύπους στη μεταλλουργική, τη χημική βιομηχανία και τη βιομηχανία υλικών.

Συνοπτικά,Οι διαφορετικοί τύποι μετασχηματιστών κλιβάνου είναι προϊόντα των ειδικών βιομηχανικών διαδικασιών τους. Εξειδικεύονται στις παραμέτρους σχεδιασμού τους (τάση, ρεύμα, σύνθετη αντίσταση), μεθόδους ρύθμισης τάσης, ικανότητα υπερφόρτωσης και λειτουργικά καθεστώτα. Η σωστή κατανόηση και επιλογή του κατάλληλου μετασχηματιστή κλιβάνου είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της ασφάλειας της παραγωγής, τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων και τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.

 

 

Λόγω της χαμηλής δευτερεύουσας τάσης, του μεγάλου ρεύματος και του μεγάλου εύρους ρύθμισης τάσης των μετασχηματιστών κλιβάνου (που απαιτούν ρύθμιση από τη μέγιστη τιμή στο 25%~50% της μέγιστης τιμής), οι μέθοδοι ρύθμισης τάσης διαφέρουν ουσιαστικά από αυτές των μετασχηματιστών ισχύος. Οι κύριες μέθοδοι είναι οι εξής:

1. Ρύθμιση τάσης μεταβλητής ροής

Η αρχή του είναι να ρυθμίζει βρύσες ρύθμισης τάσης ή ξεχωριστά τυλίγματα ρύθμισης τάσης στο πρωτεύον τύλιγμα. Όταν η κύρια τάση είναι σταθερή, η τάση ανά στροφή αλλάζει αλλάζοντας τον αριθμό των στροφών του πρωτεύοντος τυλίγματος που είναι συνδεδεμένο στο κύκλωμα, αλλάζοντας έτσι την τάση δευτερεύοντος τυλίγματος. Η ροή του πυρήνα αλλάζει κατά τη ρύθμιση της τάσης.

• Χαρακτηριστικά: Απλή δομή και οι περιελίξεις μπορούν να τοποθετηθούν ομόκεντρα ή με κλιμακωτό τρόπο. Όταν ο αριθμός των στροφών των κρουνών του πρωτεύοντος τυλίγματος είναι ίσος, η διαφορά βήματος δευτερεύουσας τάσης είναι άνιση. Εάν απαιτείται ίση διαφορά βημάτων, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια στοιβαγμένη περιέλιξη. Όταν η δευτερεύουσα τάση είναι στο μέγιστο, το αδρανές τμήμα του πρωτεύοντος τυλίγματος είναι επιρρεπές σε ταλάντωση τάσης, η οποία είναι δυσμενής για τη μόνωση. Όταν η δευτερεύουσα τάση είναι στο ελάχιστο της, η μαγνητική πυκνότητα του πυρήνα είναι χαμηλή, κάτι που είναι αντιοικονομικό για προϊόντα με μεγάλο εύρος ρύθμισης τάσης. Η κατάσταση μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό D-Y.
• Πεδίο εφαρμογής: Μικροί και μεσαίου μεγέθους-μετασχηματιστές κλιβάνου με κύρια τάση 35 kV ή μικρότερη και εύρος ρύθμισης τάσης μικρότερη από 20%.

 

2. Ρύθμιση τάσης μετασχηματιστή σειράς

Ένας μετασχηματιστής σειράς προστίθεται στη δεξαμενή του κύριου μετασχηματιστή. Οι περιελίξεις χαμηλής-τάσης του κύριου μετασχηματιστή και του μετασχηματιστή σειράς συνδέονται σε σειρά. Η τάση της περιέλιξης υψηλής-τάσης του μετασχηματιστή σειράς αλλάζει μέσω της ξεχωριστής περιέλιξης ρύθμισης τάσης του κύριου μετασχηματιστή, αλλάζοντας έτσι τη σύνθετη τάση των περιελίξεων χαμηλής-τάσης του κύριου μετασχηματιστή και του μετασχηματιστή σειράς.

• Φόντα: Ευρύ εύρος ρύθμισης τάσης και η διαφορά δευτερεύοντος βήματος τάσης είναι ίση όταν ο αριθμός των στροφών της βρύσης είναι ίσος. Η κύρια τάση δεν περιορίζεται από το επίπεδο μόνωσης του εναλλάκτη βρύσης-και μπορεί να μειωθεί απευθείας από τα 63~220kV, εξαλείφοντας την ανάγκη για ενδιάμεσο υποσταθμό. Η χωρητικότητα της περιέλιξης ρύθμισης τάσης είναι πολύ μικρότερη από την ικανότητα εξόδου του μετασχηματιστή του κλιβάνου, καθιστώντας εύκολη την επιλογή ενός μετατροπέα κρουνών-με υψηλό συντελεστή ασφαλείας. Η περιέλιξη ρύθμισης τάσης μπορεί να συνδεθεί με έναν πυκνωτή αντιστάθμισης για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος. Ο κύριος μετασχηματιστής λειτουργεί σε σταθερή ροή, καθιστώντας τον σχεδιασμό προϊόντων με μεγάλη χωρητικότητα και μεγάλο εύρος ρύθμισης τάσης πιο οικονομικό.
• Μειονεκτήματα: Πολύπλοκη δομή, χρονοβόρα-κατασκευή και άβολη συντήρηση. Όταν βρίσκονται σε αρνητικές βρύσες, η απώλεια φορτίου είναι μεγάλη και η απώλεια φορτίου στην ελάχιστη δευτερεύουσα τάση είναι ελαφρώς διαφορετική από αυτή στη μέγιστη δευτερεύουσα τάση και η αύξηση της τάσης της σύνθετης αντίστασης είναι μεγάλη.
• Πεδίο εφαρμογής: Μετασχηματιστές κλιβάνου χωρητικότητας 10000kVA και άνω ή μετασχηματιστές κλιβάνου με υψηλή πρωτογενή τάση (63kV ή περισσότερο).

 

3. Ρύθμιση τάσης αυτομετασχηματιστή

Αποτελείται από έναν αυτομετασχηματιστή και έναν μετασχηματιστή κλιβάνου με σταθερή αναλογία μετασχηματισμού, που μπορούν να εγκατασταθούν στην ίδια δεξαμενή ή χωριστά, με μέγιστο επίπεδο μόνωσης 35 kV.

• Χαρακτηριστικά: Το κοινό ουδέτερο σημείο του αυτομετασχηματιστή πρέπει να είναι αξιόπιστα γειωμένο (όταν τα επίπεδα τάσης της κύριας και της δευτερεύουσας πλευράς είναι διαφορετικά). μπορεί να μη γειωθεί όταν τα επίπεδα τάσης είναι τα ίδια. Όταν ο αριθμός των στροφών της βρύσης είναι ίσος, η διαφορά βήματος χαμηλής- τάσης του μετασχηματιστή κλιβάνου είναι ίση. Η αλλαγή της σύνθετης αντίστασης είναι μικρή κατά τη διαδικασία ρύθμισης της τάσης. Για μονοφασικά προϊόντα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας τρι-πυρήνας με άνισες διατομές-με ένα σκέλος για την περιέλιξη ρύθμισης τάσης του αυτομετασχηματιστή, ένα σκέλος για την περιέλιξη του μετασχηματιστή του κλιβάνου και ένα σκέλος ως κοινό ζυγό, με αποτέλεσμα πιο οικονομικό σχεδιασμό. Τα προϊόντα μεγάλης χωρητικότητας-θα πρέπει να υιοθετήσουν ξεχωριστή δομή και ο δίαυλος σύνδεσης μεταξύ του αυτομετασχηματιστή και του μετασχηματιστή κλιβάνου θα πρέπει να βραχυνθεί και να περικλείεται για να αποφευχθεί η ζημιά στον αυτόματο μετασχηματιστή λόγω εξαιρετικά μεγάλου ρεύματος βραχυκυκλώματος σε περίπτωση βραχυκυκλώματος.

 

 

 

 

Οι μετασχηματιστές κλιβάνου αποτελούνται από περιελίξεις υψηλής-τάσης, τάσης-ρυθμιστικής και χαμηλής-τάσης, με τη διάταξη τους να ακολουθεί αυτές τις βασικές αρχές:

 

 

 

 

Λόγω της ανάγκης προσαρμογής στις συνθήκες εργασίας των ηλεκτρικών κλιβάνων, όπως η υψηλή θερμοκρασία, το μεγάλο ρεύμα και η συχνή ρύθμιση τάσης, οι μετασχηματιστές κλιβάνων έχουν στοχοθετήσει διαφορές στις δομές των βασικών στοιχείων από τους συνηθισμένους μετασχηματιστές ισχύος. Ακολουθεί μια λεπτομερής περιγραφή του βασικού διακριτικού στοιχείου.

1. Συζευγμένος πυρήνας

• Δομικό χαρακτηριστικό: Ο πυρήνας του αντιδραστήρα καιπυρήνας μετασχηματιστήμοιράζονται έναν κοινό ζυγό, σχηματίζοντας ένα ολοκληρωμένο "συζυγές" σχέδιο.
• Σημείο διαφοράς: Ο πυρήνας του μετασχηματιστή και ο πυρήνας του αντιδραστήρα των συνηθισμένων μετασχηματιστών ισχύος είναι ως επί το πλείστον ανεξάρτητες ξεχωριστές δομές χωρίς κοινό ζυγό.
• Σκοπός σχεδιασμού: Συμπίεση του συνολικού όγκου μέσω του κοινόχρηστου ζυγού, μείωση μαγνητικής απώλειας διαρροής και βελτίωση της απόδοσης σύζευξης του μαγνητικού κυκλώματος πυρήνα για προσαρμογή στις ανάγκες δυναμικής ρύθμισης των φορτίων ηλεκτρικού κλιβάνου.

 

2. Κλιμακωμένες περιελίξεις

Οι περιελίξεις των μετασχηματιστών κλιβάνου υιοθετούν μια ειδική κλιμακωτή σχεδίαση, η οποία είναι διαφορετική από τη συμβατική μέθοδο περιέλιξηςμετασχηματιστές ισχύος. Διακρίνονται κυρίως σε δύο τύπους:

• Άμεσες-κλιμακωτές περιελίξεις: Οι αγωγοί είναι διατεταγμένοι εναλλάξ σε συγκεκριμένα βήματα κατά τη διάρκεια της άμεσης περιέλιξης, χωρίς να ακολουθούν την ομοιόμορφη λογική διαδοχικής περιέλιξης των μετασχηματιστών ισχύος.
• Συναρμολογημένες κλιμακωτές περιελίξεις: Οι περιελίξεις προκατασκευάζονται σε τμήματα και στη συνέχεια συναρμολογούνται σε σετ, με την κατεύθυνση περιέλιξης και τη θέση κάθε τμήματος περιελίξεων να κατανέμονται εναλλάξ.
• Βασικό πλεονέκτημα: Βελτιώστε την αντίσταση βραχυκυκλώματος-των περιελίξεων, βελτιώστε την κατανομή των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων στο εσωτερικό των περιελίξεων, μειώστε τις τοπικές απώλειες και προσαρμοστείτε στην κατάσταση του ρεύματος εισόδου κατά την εκκίνηση του ηλεκτρικού κλιβάνου.

 

3. Ομόκεντρες περιελίξεις (Ειδική Σχεδίαση για Ρύθμιση Τάσης και Περιελίξεις Χαμηλής-Τάσης)

Οι ομόκεντρες περιελίξεις των μετασχηματιστών κλιβάνου έχουν σημαντικές διαφορές από τους μετασχηματιστές ισχύος στις δομικές μορφές περιελίξεων ρύθμισης τάσης και περιελίξεων χαμηλής-τάσης:

Περιελίξεις ρύθμισης τάσης

• Τύποι περιέλιξης: Περιλαμβάνουν τέσσερα ειδικά σχέδια: συνεχούς τύπου, παρεμβαλλόμενου τύπου, σπειροειδούς τύπου και κυλινδρικού τύπου, με πιο στοχευμένα σενάρια εφαρμογής.
• Σημείο διαφοράς: Οι περιελίξεις ρύθμισης τάσης των μετασχηματιστών ισχύος είναι κυρίως συνεχούς τύπου και ειδικές κατασκευές ρύθμισης τάσης φορτίου{{0}. Οι διαπλεκόμενες και σπειροειδείς περιελίξεις ρύθμισης τάσης των μετασχηματιστών κλιβάνου εστιάζουν περισσότερο στην αντοχή στην τάση παλμού, ενώ ο κυλινδρικός τύπος βελτιστοποιεί τη σταθερότητα του μαγνητικού πεδίου κατά τη ρύθμιση της τάσης.
• Απαίτηση προσαρμογής: Ικανοποιήστε τις ανάγκες για ευρεία-ρύθμιση τάσης και συχνή ρύθμιση τάσης κατά την τήξη ηλεκτρικού κλιβάνου και βελτιώστε την αξιοπιστία μόνωσης των περιελίξεων.

Περιελίξεις χαμηλής{{0}Τάσης

(1) Ειδικοί δομικοί τύποι:

• Διπλό-τυλίγματα δίσκων χαμηλής-τάσης: Περιέλιξη σε διπλά-τμήματα δίσκου, με μεγαλύτερη περιοχή απαγωγής θερμότητας σε σύγκριση με τα συμβατικά τυλίγματα χαμηλής-τάσης των μετασχηματιστών ισχύος.
• Περιελίξεις χαμηλής τάσης σε σχήμα "Σχήμα-8": Οι περιελίξεις κατανέμονται σε σχήμα "σχήμα-8", μειώνοντας αποτελεσματικά τη μαγνητική ροή διαρροής και προσαρμόζονται σε μεγάλη μετάδοση ρεύματος.
• Περιελίξεις πλάκας-τύπου χαμηλής-τάσης: Υιοθετήστε μια επίπεδη-δομική σχεδίαση πλάκας, μειώστε το φαινόμενο του δέρματος κάτω από μεγάλο ρεύμα και βελτιώστε την ικανότητα μεταφοράς ρεύματος-.

(2) Διαφορά πυρήνα: Οι περιελίξεις χαμηλής-τάσης των μετασχηματιστών ισχύος είναι κυρίως κυλινδρικοί και σπειροειδείς τύποι. Τα τυλίγματα χαμηλής-τάσης των μετασχηματιστών κλιβάνου είναι όλα σχεδιασμένα για να προσαρμόζονται σε μεγάλες τρέχουσες συνθήκες εργασίας, εστιάζοντας περισσότερο στην απόδοση χαμηλών απωλειών και υψηλής απαγωγής θερμότητας.

 

4. Καλώδια απαγωγής χαμηλής-Τάσης

• Δομικό χαρακτηριστικό: Τα καλώδια απαγωγής χαμηλής-τάσης χρησιμοποιούν αγωγούς-μεγάλης διατομής και η διαδρομή διάταξης είναι βελτιστοποιημένη σε σχεδίαση μικρής-απόστασης-χαμηλής αντίστασης. Σε ορισμένα σενάρια χρησιμοποιείται μια δομή θωράκισης.
• Σημείο διαφοράς: Τα καλώδια μολύβδου χαμηλής-τάσης των μετασχηματιστών ισχύος εστιάζουν περισσότερο στην προστασία της μόνωσης και στην τακτοποιημένη καλωδίωση. Τα καλώδια μολύβδου χαμηλής-τάσης των μετασχηματιστών κλιβάνου βελτιστοποιούνται κυρίως γύρω από τη "μεγάλη μετάδοση ρεύματος" με μεγαλύτερη διατομή αγωγού-και χαμηλότερη σύνθετη αντίσταση για μείωση της απώλειας σύρματος μολύβδου.

 

5. Τερματικά εξόδου χαμηλής-Τάσης

(1) Ειδικοί τύποι:

• Ακροδέκτες πλάκας χαλκού: Επεξεργασμένοι από ένα ενιαίο κομμάτι χάλκινης πλάκας, με μεγάλη επιφάνεια επαφής, κατάλληλο για μετάδοση ρεύματος μεσαίας και μεγάλης χωρητικότητας.
• Ακροδέκτες χάλκινων σωλήνων που ψύχονται με νερό-: Χρησιμοποιήστε κοίλους χάλκινους σωλήνες ως φορέα, σε συνδυασμό με ένα σύστημα ψύξης νερού-, το οποίο μπορεί να διαλύσει γρήγορα τη θερμότητα που παράγεται από μεγάλα ρεύματα.

(2) Σημείο διαφοράς: Οι ακροδέκτες εξόδου χαμηλής τάσης-των μετασχηματιστών ισχύος είναι ως επί το πλείστον συμβατικές ράβδοι χαλκού ή ακροδέκτες τύπου μπουλονιών-χωρίς ειδική σχεδίαση ψύξης νερού-. Η δομή του τερματικού των μετασχηματιστών κλιβάνου είναι ειδικά σχεδιασμένη για να αντέχει σε μεγάλο ρεύμα και συνθήκες εργασίας σε υψηλές{5} θερμοκρασίες, διασφαλίζοντας σταθερότητα μετάδοσης ρεύματος και διάρκεια ζωής.