Hoe kun je de efficiëntie van een gelijkrichtertransformator verbeteren? Belangrijke tips

Optimalisatiemaatregelen voor de efficiëntie van het rectifiersysteem

Rectifiersystemen omvatten veel en diverse apparatuur, waardoor vele factoren de efficiëntie beïnvloeden. Daarom is een integrale benadering essentieel tijdens het ontwerp.

• Verhoog de overbrengingspanning voor rectifierlasten
  Rectifierinstallaties zijn hoogvermogens AC/DC conversiesystemen die aanzienlijk vermogen vereisen. Overdrachtsverliezen hebben directe invloed op de efficiëntie van de rectifier. Door de overbrengingspanning gepast te verhogen, worden lijnverliezen gereduceerd en wordt de rechtkwaliteit verbeterd. In het algemeen wordt 10 kV-overdracht aanbevolen voor installaties die minder dan 60.000 ton loog per jaar produceren (te vermijden is 6 kV). Voor installaties boven 60.000 ton/jaar moet 35 kV-overdracht gebruikt worden. Voor installaties die meer dan 120.000 ton/jaar overschrijden, is 110 kV of hogere spanning nodig.

• Gebruik direct-stap-af rectifiervormers
  Net als bij overdrachtsprincipes, moet de primaire (netwerk)spanning van de rectifiervormer overeenkomen met de overbrengingspanning. Een hogere directe stapspanning betekent lagere stroom in de hoogspanningswikkeling, wat resulteert in lagere warmteverliezen en hogere vormerefficiëntie. Indien mogelijk, gebruik hogere overbrengingspanningen en direct-stap-af rectifiervormers.

• Minimaliseer het tapschakelbereik van de rectifiervormer
  Het tapschakelbereik heeft een significante impact op de efficiëntie van de vormer; een kleiner bereik levert hogere efficiëntie op. Het blind verhogen van het bereik (bijvoorbeeld tot 30%-105%) voor gemakkelijke gefaseerde inbedrijfstelling is onaanbevolen. Na volledige productie opereren vormers meestal tussen 80% en 100%, waardoor extra tapwikkelingen permanente verliezen veroorzaken. Een bereik van 70%-105% is geschikt. De combinatie van hoge-spanningsster-delta schakeling en thyristorspanningsregeling kan dit verder reduceren tot 80%-100%, wat de efficiëntie aanzienlijk verbetert.

• Gebruik oliegedrenkte zelfgekoelde rectifiervormers
  Het gebruik van oliegedrenkte zelfgekoelde vormers bespaart elektrische energie die door ventilatoren wordt verbruikt. Hoewel fabrikanten vaak grote capaciteitsvormers met gedwongen olie-luchtkoeling ontwerpen, kunnen de koelradiator eenvoudig vergroot worden. In combinatie met openluchtinstallatie voor verbeterde warmteafvoer blijft de vormer betrouwbaar werken zonder gedwongen koeling.

• Pas "planair geïntegreerde" installatie toe voor rectifierapparatuur
  De installatie van de rectifiervormer, rectifierkast en elektrolyser in een "planair geïntegreerde" manier minimaliseert de lengte van AC/DC busbars, wat weerstandverliezen vermindert en de systeemefficiëntie verbetert. Specifiek gezegd, plaats alle drie de eenheden op hetzelfde niveau en zo dicht mogelijk bij elkaar, zodat ze een compacte eenheid vormen. Verbind de zijuitgang van de vormer met de rectifierkast via busbars van minder dan 1,2 meter lang, en routeer de onderste uitgang van de kast rechtstreeks naar de elektrolyser via ondergrondse busbars.

• Vermeid flexibele verbindingen voor busbarinstallatie
  Het "planair geïntegreerde" layout resulteert in korte busbarverbindingen tussen de vormer en de kast, en over DC mescontacten, wat thermische uitzetting minimaliseert. Rigid connections zijn voldoende, waarbij veiligheid wordt gewaarborgd en de verliezen die gepaard gaan met flexibele connectoren en hun extra aansluitingen worden geëlimineerd, waardoor de efficiëntie wordt verbeterd.

• Gebruik een lagere busbar stroomdichtheid
  De economische stroomdichtheid voor AC/DC busbars ligt tussen 1,2–1,5 A/mm². Het selecteren van een lagere dichtheid (1,2 A/mm², of zelfs 1,0 A/mm²) optimaliseert energiebesparingen.

• Gebruik busbars met een hoogte-breedteverhouding groter dan 12
  Busbars met een hoogte-breedteverhouding die 12 overstijgt hebben een grotere oppervlakte voor warmteafvoer, wat resulteert in lagere werktemperaturen, betere geleiding, lagere weerstandsverliezen en hogere eenheidefficiëntie.

• Breng vaseline aan op busbar compressieverbindingen
  Zorg voor voldoende contactoppervlak bij busbarverbindingen (met een stroomdichtheid onder 0,1 A/mm²), en behoud een plat, glad oppervlak. Breng vaseline aan om koperoxidatie en slecht contact te voorkomen, wat de vermogensverliezen doet toenemen. Gebruik geen geleidende vet, omdat de oliebasis hiervan bij hoge temperaturen verdampen kan, waardoor het halfmetaallicum verstevigt en de geleidbaarheid verliest, wat extra opwarming veroorzaakt.

• Selecteer silicium rectifierkasten op gepaste wijze
  Siliciumdiode rectifierkasten zijn 3–4% efficiënter dan thyristorkasten. Wanneer meerdere rectifierkasten parallel werken, kan het integreren van één siliciumkast het verbruik verder verminderen en de efficiëntie verbeteren.

• Gebruik rectifierkasten met high-current apparaten
  Het gebruik van 2–3 high-current apparaten per brugarm verbetert de stroomverdeling, vermindert apparaatvermogensverliezen en verhoogt de rechtkwaliteit.

• Adopteer numerieke controle (NC) rectifiercontrolekasten
  NC-controle stelt nauwkeuriger rectificatie-triggering, kleinere DC-spandrukfluctuaties en hogere DC-stroomstabiliteit in. Dit is gunstig voor de werking van de elektrolyser en verbetert de elektrolysisefficiëntie.

• Bedien thyristoren in volledige geleidingsmodus
  Tijdens bedrijf hou de firing angle van de thyristor onder 10° om bijna-volledige geleiding te handhaven. Dit minimaliseert de interne verliezen van de thyristorrectifier en maximaliseert de efficiëntie.

• Reduseer de marginale hoek van de thyristor rectifierkast
  De marginale hoek (overlapshoek) staat in nauw verband met de natuurlijke cosinus φ van het rectifiersysteem. Een kleinere marginale hoek resulteert in een hogere cosinus φ (vooral wanneer de firing angle α klein is). Tijdens de inbedrijfstelling minimaliseer de marginale hoek terwijl de betrouwbare werking wordt gewaarborgd. Een kleine α houdt de thyristoren bijna volledig geleidend.

• Gebruik twee of meer rectifiervormers in parallel
  Voor hoogvermogens DC-lasten gebruik twee of meer rectifiervormers in parallel. Dit vermindert de equivalente reactantie en de circulerende stroom tijdens de vormeroverdracht, wat de totale verliezen vermindert en de efficiëntie verbetert.

• Gebruik DC mescontacten met hogere nominale stromen
  DC mescontacten genereren aanzienlijke warmte onder volle belasting. Het selecteren van een schakelaar met een nominale stroom een klasse hoger biedt energiebesparingen. Bijvoorbeeld, gebruik een 31.500 A-schakelaar voor een 25.000 A-belasting, of een 40.000 A-schakelaar voor een 30.000 A-belasting.

• Gebruik energie-efficiënte grote DC-stroomsensoren
  Sommige grote DC-sensoren vereisen een AC-stroom voor nul-flux-vergelijking, wat extra energie consumeert. Hall-effect sensoren zijn de voorkeur; deze leveren direct een 0–1 V DC-signaal af aan het weergaveapparaat zonder extra energieverbruik.

• Ontwerp voor meerkernige rectificatie
  Gebruik waar mogelijk meerkernige rectificatie. Gebruik 6-puls rectificatie (driefasebrug of dubbele tegenstroomster met balancerende reactor, beide in co-fase inverse parallel) op enkele vormers. Voor twee of meer vormers gebruik equivalent 12-puls of 18-puls rectificatie. Dit onderdrukt effectief lage orde harmonischen, waardoor de rectificefficiëntie wordt verbeterd.