Jak poprawić efektywność transformatora prostowniczego? Kluczowe wskazówki

Środki optymalizacyjne dla wydajności układu prostownika

Układy prostownicze obejmują wiele i różnorodnego sprzętu, dlatego ich wydajność zależy od wielu czynników. Dlatego podczas projektowania niezbędne jest kompleksowe podejście.

• Zwiększanie napięcia przesyłanego dla obciążeń prostowniczych
  Instalacje prostownicze to wysokomocne systemy konwersji AC/DC wymagające dużej mocy. Straty przesyłania bezpośrednio wpływają na wydajność prostownika. Właściwe zwiększenie napięcia przesyłanego redukuje straty w linii i poprawia efektywność prostowania. Ogólnie, dla zakładów produkujących mniej niż 60 000 ton soda liściowej rocznie, zalecane jest przesyłanie przy 10 kV (unikać 6 kV). Dla zakładów powyżej 60 000 ton/rok należy używać przesyłania przy 35 kV. Dla zakładów przekraczających 120 000 ton/rok wymagane jest przesyłanie przy 110 kV lub wyższym napięciu.

• Używanie transformatorów prostowniczych z bezpośrednim obniżeniem napięcia
  Podobnie jak w przypadku zasad przesyłania, napięcie pierwotne (sieciowe) transformatora prostowniczego powinno odpowiadać napięciu przesyłanemu. Wyższe bezpośrednie obniżenie napięcia oznacza mniejszą prąd w cewce wysokiego napięcia, co prowadzi do mniejszych strat ciepłowych i wyższej wydajności transformatora. Gdzie to możliwe, należy używać wyższego napięcia przesyłanego i transformatorów prostowniczych z bezpośrednim obniżeniem napięcia.

• Minimalizacja zakresu zmiany skoków transformatora prostowniczego
  Zakres zmiany skoków znacznie wpływa na wydajność transformatora; mniejszy zakres daje wyższą wydajność. Niewłaściwe zwiększenie zakresu (np. do 30%-105%) dla ułatwienia etapowego uruchamiania jest niezalecane. Po pełnym uruchomieniu produkcji transformatory zwykle działają w zakresie 80%-100%, pozostawiając dodatkowe skoki cewek powodujące stałe straty. Zakres 70%-105% jest odpowiedni. Łączenie przełączania gwiazda-trójkąt pod wysokim napięciem i regulacji napięcia tycristorami może jeszcze bardziej zmniejszyć ten zakres do 80%-100%, znacznie poprawiając wydajność.

• Używanie transformatorów prostowniczych z olejem chłodzącym samoczynnie
  Używanie transformatorów z olejem chłodzącym samoczynnie oszczędza energię elektryczną zużywaną przez wentylatory. Choć producenci często projektują duże transformatory z wymuszonym chłodzeniem oleju-wiatr, radiatory chłodzące mogą być po prostu powiększone. Połączenie z instalacją na świeżym powietrzu, aby zwiększyć odprowadzanie ciepła, gwarantuje niezawodną pracę transformatora bez wymuszonego chłodzenia.

• Przejęcie "planarnej integracji" instalacji sprzętu prostowniczego
  Instalowanie transformatora prostowniczego, szafy prostowniczej i elektrolizera w sposób "planarnie zintegrowany" minimalizuje długość busów AC/DC, zmniejszając straty oporne i poprawiając wydajność systemu. Szczególnie, umieszcz wszystkie trzy jednostki na tym samym poziomie i jak najbliżej siebie, tworząc zwarte urządzenie. Podłącz wyjście boczne transformatora do szafy prostowniczej busami krótszymi niż 1,2 metra, a wyjście dolne szafy bezpośrednio do elektrolizera poprzez podziemne busse.

• Unikanie elastycznych połączeń przy instalacji busów
  Układ "planarnie zintegrowany" powoduje krótkie połączenia busów między transformatorem a szafą, oraz między przełącznikami nożowymi DC, minimalizując rozszerzenie termiczne. Twardych połączeń jest wystarczająco, zapewniając bezpieczeństwo, jednocześnie eliminując straty związane z elastycznymi połączeniami i dodatkowymi spoinami, co poprawia wydajność.

• Używanie niższej gęstości prądu w busach
  Ekonomiczna gęstość prądu dla busów AC/DC wynosi 1,2–1,5 A/mm². Wybieranie niższej gęstości (1,2 A/mm², a nawet 1,0 A/mm²) optymalizuje oszczędności energii.

• Używanie busów o stosunku wysokości do szerokości większym niż 12
  Busse o stosunku wysokości do szerokości przekraczającym 12 mają większą powierzchnię do odprowadzania ciepła, co prowadzi do niższych temperatur pracy, lepszej przewodności, mniejszych strat opornych i wyższej wydajności jednostkowej.

• Stosowanie wazeliny do spoin spresowanych busów
  Zapewnij odpowiednią powierzchnię kontaktową w spoinach busów (utrzymuj gęstość prądu poniżej 0,1 A/mm²) i utrzymuj płaską, gładką powierzchnię. Stosuj wazelinę, aby zapobiec utlenianiu miedzi i złemu kontaktem, co zwiększa straty mocy. Nie używaj smaru przewodzącego, ponieważ jego bazowy olej paruje przy wysokich temperaturach, powodując, że półmetalowy związek twardnieje i traci przewodność, co prowadzi do dodatkowego ogrzewania.

• Wybieranie odpowiednich szaf prostowniczych z diodami krzemowymi
  Szafy prostownicze z diodami krzemowymi są o 3–4% bardziej wydajne niż szafy z tyristorami. Gdy wiele szaf prostowniczych działa równolegle, włączenie jednej szafy z diodami krzemowymi może dalej zredukować zużycie i poprawić wydajność.

• Używanie szaf prostowniczych z urządzeniami wysokoprądowymi
  Używanie 2–3 urządzeń wysokoprądowych na ramię mostka poprawia rozdział prądu, redukuje straty mocy urządzeń i zwiększa wydajność prostowania.

• Przejęcie szaf kontrolnych prostowniczych sterowanych numerycznie (NC)
  Sterowanie NC umożliwia bardziej precyzyjne wyzwalanie prostownika, mniejsze drgania napięcia DC i wyższą stabilność prądu DC. To korzystnie wpływa na pracę elektrolizera i poprawia efektywność elektrolizy.

• Działanie tyristorów w trybie pełnej przewodności
  W trakcie działania, utrzymuj kąt wyzwalający tyristora poniżej 10°, aby zachować bliską pełną przewodność. To minimalizuje wewnętrzne straty prostownika tyristorowego i maksymalizuje jego wydajność.

• Redukcja marginesu kąta szafy prostowniczej z tyristorami
  Margines kąta (kąt nakładu) jest ściśle związany z naturalnym współczynnikiem mocy układu prostowniczego. Mniejszy margines kąta daje wyższy współczynnik mocy (zwłaszcza gdy kąt wyzwalający α jest mały). Podczas komisyjnego uruchamiania, minimalizuj margines kąta, jednocześnie zapewniając niezawodne działanie. Mały α utrzymuje tyristory blisko pełnej przewodności.

• Używanie dwóch lub więcej transformatorów prostowniczych równolegle
  Dla obciążeń DC o wysokiej mocy, używaj dwóch lub więcej transformatorów prostowniczych równolegle. To redukuje równoważną indukcyjność i prąd cyrkulacyjny podczas transferu transformatora, zmniejszając całkowite straty i poprawiając wydajność.

• Używanie przełączników nożowych DC o wyższych nominalnych prądach
  Przełączniki nożowe DC generują znaczne ciepło pod pełnym obciążeniem. Wybieranie przełącznika o nominalnym prądzie o jeden stopień wyższym zapewnia oszczędności energetyczne. Na przykład, użyj przełącznika 31 500 A dla obciążenia 25 000 A, lub przełącznika 40 000 A dla obciążenia 30 000 A.

• Używanie energooszczędnych sensorów dużych prądów DC
  Niektóre duże sensory DC wymagają zasilania AC do porównania zerowego pola, co zużywa dodatkową energię. Preferowane są sensory efektu Halla; one bezpośrednio wydają sygnał DC 0–1 V do instrumentu wyświetlającego, nie zużywając dodatkowej mocy.

• Projektowanie dla wielofazowego prostowania
  Gdzie to możliwe, używaj wielofazowego prostowania. Używaj prostowania 6-pulsowego (mostek trójfazowy lub podwójna odwrotna gwiazda z reaktorem balastowym, oba w antyparallelu fazy) na pojedynczych transformatorach. Dla dwóch lub więcej transformatorów, używaj równoważnego prostowania 12-pulsowego lub 18-pulsowego. To skutecznie tłumione harmoniczne niskiego rzędu, poprawiając wydajność prostownika.