Una panoramica del trasformatore del forno

I. Cos'è un trasformatore per forno?

 

A trasformatore del fornoè un dispositivo elettrico che regola la tensione della corrente alternata (CA), aumentandola o diminuendola, per soddisfare i requisiti operativi dei sistemi basati su - fornaci. Nelle applicazioni industriali di fusione dei metalli - (ad esempio, per acciaio, acciaio speciale, corindone bianco, alluminio elettrolitico), funziona come un trasformatore di potenza specializzato in grado di resistere a grandi - carichi di corrente e ripetute sollecitazioni meccaniche e termiche da archi elettrici, in genere con una tensione primaria non superiore a 72,5 kV, grande capacità e utilizzando barre di carbonio come elettrodi. In contesti domestici e HVAC, converte l'elettricità ad alta - tensione in una tensione più bassa e sicura per i componenti del forno (come termostati e sistemi di accensione), consentendo un funzionamento efficiente attraverso l'induzione elettromagnetica per il trasferimento di energia, con la sua posizione di installazione che va dall'interno del forno alle unità CA esterne a seconda della progettazione specifica del sistema.

 

 

 

Il trasformatore del forno funge da "cuore" di un forno industriale. La sua funzione principale è convertire l'alta tensione e la bassa corrente della rete nella bassa tensione e nell'alta corrente richieste dal forno, fornendo energia precisa e robusta per processi come fusione, riscaldamento e raffinazione. A seconda del tipo specifico di forno, del principio di funzionamento e dei requisiti di processo, i trasformatori del forno variano notevolmente nel design e nella tecnologia. Di seguito sono riportati alcuni dei tipi più utilizzati nell'industria metallurgica, chimica e dei materiali.

In sintesi,diversi tipi di trasformatori per forni sono prodotti dei loro specifici processi industriali. Sono specializzati nei parametri di progettazione (tensione, corrente, impedenza), metodi di regolazione della tensione, capacità di sovraccarico e regimi operativi. Comprendere e selezionare correttamente il trasformatore del forno appropriato è fondamentale per garantire la sicurezza della produzione, migliorare la qualità del prodotto e ridurre il consumo di energia.

 

 

A causa della bassa tensione secondaria, dell'elevata corrente e dell'ampio intervallo di regolazione della tensione dei trasformatori da forno (che richiedono una regolazione dal valore massimo al 25%~50% del valore massimo), i loro metodi di regolazione della tensione sono sostanzialmente diversi da quelli dei trasformatori di potenza. I metodi principali sono i seguenti:

1. Regolazione della tensione a flusso variabile

Il suo principio è quello di posizionare prese di regolazione della tensione o avvolgimenti di regolazione della tensione separati sull'avvolgimento primario. Quando la tensione primaria è costante, la tensione per giro viene modificata alterando il numero di spire dell'avvolgimento primario collegato al circuito, modificando così la tensione dell'avvolgimento secondario. Il flusso del nucleo cambia durante la regolazione della tensione.

• Caratteristiche: Struttura semplice e gli avvolgimenti possono essere disposti concentricamente o sfalsati. Quando il numero di spire delle prese dell'avvolgimento primario è uguale, la differenza del passo di tensione secondaria è diversa; se è richiesta una differenza di passo uguale, è necessario utilizzare un avvolgimento impilato. Quando la tensione secondaria è al massimo, la parte inattiva dell'avvolgimento primario è soggetta a oscillazioni di tensione, il che è sfavorevole all'isolamento. Quando la tensione secondaria è al minimo, la densità magnetica del nucleo è bassa, il che è antieconomico per i prodotti con un ampio intervallo di regolazione della tensione. La situazione può essere migliorata utilizzando la trasformazione D-Y.
• Ambito di applicazione: Trasformatori per forni di piccole e medie-dimensioni con una tensione primaria di 35 kV o inferiore e un intervallo di regolazione della tensione inferiore al 20%.

 

2. Regolazione della tensione del trasformatore in serie

Un trasformatore in serie viene aggiunto nel serbatoio del trasformatore principale. Gli avvolgimenti di bassa-tensione del trasformatore principale e del trasformatore in serie sono collegati in serie. La tensione dell'avvolgimento ad alta-tensione del trasformatore in serie viene modificata attraverso l'avvolgimento separato di regolazione della tensione del trasformatore principale, modificando così la tensione composita degli avvolgimenti a bassa-tensione del trasformatore principale e del trasformatore in serie.

• Vantaggi: Ampio intervallo di regolazione della tensione e la differenza di gradino della tensione secondaria è uguale quando il numero di giri della presa è uguale. La tensione primaria non è limitata dal livello di isolamento del commutatore-e può essere ridotta direttamente da 63~220 kV, eliminando la necessità di una sottostazione intermedia. La capacità dell'avvolgimento di regolazione della tensione è molto inferiore alla capacità di uscita del trasformatore del forno, facilitando la scelta di un commutatore-con un fattore di sicurezza elevato. L'avvolgimento di regolazione della tensione può essere collegato ad un condensatore di compensazione per migliorare il fattore di potenza. Il trasformatore principale funziona a flusso costante, rendendo più economica la progettazione di prodotti con grande capacità e ampio intervallo di regolazione della tensione.
• Svantaggi: struttura complessa,-dispendiosa in termini di tempo per la produzione e scomoda da mantenere. Quando si hanno prese negative, la perdita di carico è elevata e la perdita di carico alla tensione secondaria minima è leggermente diversa da quella alla tensione secondaria massima e l'incremento della tensione di impedenza è elevato.
• Ambito di applicazione: Trasformatori da forno con una capacità di 10.000 kVA o più, o trasformatori da forno con alta tensione primaria (63 kV o più).

 

3. Regolazione della tensione dell'autotrasformatore

È composto da un autotrasformatore e da un trasformatore da forno con rapporto di trasformazione fisso, installabili nello stesso serbatoio o separatamente, con livello di isolamento massimo di 35kV.

• Caratteristiche: Il punto neutro comune dell'autotrasformatore deve essere messo a terra in modo affidabile (quando i livelli di tensione del lato primario e secondario sono diversi); può essere messo a terra quando i livelli di tensione sono gli stessi. Quando il numero di giri è uguale, la differenza di passo della tensione a bassa-tensione del trasformatore del forno è uguale. La variazione di impedenza è piccola durante il processo di regolazione della tensione. Per i prodotti monofase-è possibile utilizzare un nucleo a tre-rami con sezioni trasversali-diseguali, con un ramo per l'avvolgimento di regolazione della tensione dell'autotrasformatore, un ramo per l'avvolgimento del trasformatore del forno e un ramo come giogo comune, risultando in un design più economico. I prodotti di grande-capacità dovrebbero adottare una struttura separata e il bus di collegamento tra l'autotrasformatore e il trasformatore del forno dovrebbe essere accorciato e racchiuso per evitare danni all'autotrasformatore dovuti a una corrente di cortocircuito-estremamente elevata in caso di cortocircuito.

 

 

 

 

I trasformatori per forni sono costituiti da avvolgimenti di alta-tensione,-di regolazione della tensione e di bassa-tensione, la cui disposizione segue questi principi chiave:

 

 

 

 

A causa della necessità di adattarsi alle condizioni di lavoro dei forni elettrici come alta temperatura, corrente elevata e regolazione frequente della tensione, i trasformatori dei forni hanno differenze mirate nelle strutture dei componenti principali rispetto ai normali trasformatori di potenza. Quella che segue è una descrizione dettagliata della componente chiave distintiva.

1. Nucleo coniugato

• Caratteristica strutturale: il nocciolo del reattore enucleo del trasformatorecondividono un giogo comune, formando un disegno "coniugato" integrato.
• Punto di differenza: il nucleo del trasformatore e il nucleo del reattore dei normali trasformatori di potenza sono per lo più strutture separate indipendenti senza un giogo comune.
• Scopo del progetto: comprimere il volume complessivo attraverso il giogo condiviso, ridurre la perdita magnetica di dispersione e migliorare l'efficienza di accoppiamento del circuito magnetico del nucleo per adattarsi alle esigenze di regolazione dinamica dei carichi del forno elettrico.

 

2. Avvolgimenti sfalsati

Gli avvolgimenti dei trasformatori dei forni adottano uno speciale design sfalsato, diverso dal metodo di avvolgimento convenzionaletrasformatori di potenza. Si dividono principalmente in due tipologie:

• Avvolgimenti sfalsati con avvolgimento diretto-: i conduttori sono disposti alternativamente a passi specifici durante l'avvolgimento diretto, non seguendo la logica di avvolgimento sequenziale uniforme dei trasformatori di potenza.
• Avvolgimenti sfalsati assemblati: gli avvolgimenti sono prefabbricati in sezioni e poi assemblati in set, con la direzione e la posizione di avvolgimento di ciascuna sezione di avvolgimenti distribuite alternativamente.
• Vantaggio principale: migliora la resistenza al corto-circuito degli avvolgimenti, migliora la distribuzione dei campi elettrici e magnetici all'interno degli avvolgimenti, riduce le perdite locali e si adatta alle condizioni di corrente di spunto durante l'avvio del forno elettrico.

 

3. Avvolgimenti concentrici (Progettazione speciale per la regolazione della tensione e avvolgimenti a bassa-tensione)

Gli avvolgimenti concentrici dei trasformatori dei forni presentano differenze significative rispetto ai trasformatori di potenza nelle forme strutturali degli avvolgimenti di regolazione della tensione e degli avvolgimenti di bassa-tensione:

Avvolgimenti di regolazione della tensione

• Tipi di avvolgimento: includono quattro design speciali: tipo continuo, tipo interleaved, tipo a spirale e tipo cilindrico, con scenari applicativi più mirati.
• Punto di differenza: gli avvolgimenti di regolazione della tensione dei trasformatori di potenza sono principalmente di tipo continuo e strutture dedicate alla regolazione della tensione sotto-carico. Gli avvolgimenti di regolazione della tensione interfogliati e a spirale dei trasformatori del forno si concentrano maggiormente sulla resistenza alla tensione impulsiva, mentre il tipo cilindrico ottimizza la stabilità del campo magnetico durante la regolazione della tensione.
• Requisito di adattamento: soddisfare le esigenze di ampia-gamma e frequente regolazione della tensione durante la fusione nel forno elettrico e migliorare l'affidabilità dell'isolamento degli avvolgimenti.

Avvolgimenti a bassa-tensione

(1) Tipi strutturali speciali:

• Avvolgimenti a doppio-disco a bassa-tensione: avvolti in segmenti a doppio-disco, con un'area di dissipazione del calore più ampia rispetto agli avvolgimenti convenzionali a bassa-tensione dei trasformatori di potenza.
• Avvolgimenti a bassa tensione a forma di "figura-8": gli avvolgimenti sono distribuiti a forma di "figura a 8", riducendo efficacemente il flusso magnetico di dispersione e adattandosi alla trasmissione di corrente di grandi dimensioni.
• Avvolgimenti a-bassa{1}}tensione di tipo a piastra: adotta un design strutturale-a piastra piatta, riduce l'effetto pelle in caso di corrente elevata e migliora la capacità di-trasporto di corrente.

(2) Differenza fondamentale: gli avvolgimenti a bassa-tensione dei trasformatori di potenza sono principalmente di tipo cilindrico e a spirale. Gli avvolgimenti a bassa-tensione dei trasformatori dei forni sono tutti progettati per adattarsi alle condizioni di lavoro di grande corrente, concentrandosi maggiormente su prestazioni a bassa perdita ed elevata dissipazione del calore.

 

4. Cavi a bassa-tensione

• Caratteristica strutturale: i cavi a bassa-tensione utilizzano conduttori a larga-sezione trasversale e il percorso del layout è ottimizzato per un design a breve-distanza e a bassa-impedenza. In alcuni scenari viene utilizzata una struttura di schermatura.
• Punto di differenza: i cavi a bassa-tensione dei trasformatori di potenza si concentrano maggiormente sulla protezione dell'isolamento e sul cablaggio ordinato. I conduttori a bassa-tensione dei trasformatori dei forni sono principalmente ottimizzati per la "grande trasmissione di corrente" con una sezione trasversale del conduttore-più grande e un'impedenza inferiore per ridurre la perdita del conduttore.

 

5. Terminali di presa-a bassa tensione

(1) Tipi speciali:

• Terminali in piastra di rame: Ricavati da un unico pezzo di piastra di rame di grosso spessore, con ampia area di contatto, adatti per trasmissione di corrente di media e grande capacità.
• Terminali per tubi di rame-raffreddati ad acqua: utilizza tubi di rame cavi come supporto, combinati con un sistema di raffreddamento-ad acqua, che può dissipare rapidamente il calore generato da grandi correnti.

(2) Punto di differenza: i terminali di uscita a bassa-tensione dei trasformatori di potenza sono per lo più barre di rame convenzionali o terminali di tipo bullone-senza un design dedicato per il raffreddamento ad acqua-. La struttura terminale dei trasformatori dei forni è appositamente progettata per resistere a correnti elevate e condizioni di lavoro ad alta-temperatura, garantendo stabilità di trasmissione della corrente e durata.