Оптимальное и надёжное решение по цене, качеству и габаритным размерам ПЧ достижимо только при полном цикле производства, включая силовой трансформатор!
Трансформаторы уже более 100 лет активно используется в энергетике и электронике. Силовые трансформаторы являются основными активными элементами на электрических подстанциях любого уровня напряжения. На подстанциях применяются в основном двух- и трехобмоточные трансформаторы. Такие силовые трансформаторы выпускают сотни заводов по всему миру.
Но когда речь заходит о многообмоточных силовых трансформаторах с фазосдвигающими вторичными обмотками, то количество производителей уменьшается всего до нескольких десятков производителей, в основном в КНР.
Столь малое количество производителей многообмоточных фазосдвигающих трансформаторов вызвано не только меньшим спросом, а еще сложностью конструкции и технологических процессов производства. Суть в том, что в данном типе трансформаторов вторичная обмотка расщепленная и состоит из изолированных катушек, количество которых зависит от количества подключаемых силовых ячеек. Сложность можно оценить даже по схемам обмоток трансформаторов, например, 3-обмоточного и многообмоточного (1 первичная обмотка + 16 вторичных обмоток).
Многообмоточный трансформатор является ключевым узлом в составе многоуровневых инверторов напряжения по схеме с каскадным соединением силовых ячеек . Трансформатор в ПЧ выполняет следующие функции:
- осуществляет преобразование трехфазного сетевого высокого напряжения промышленной частоты в трехфазное напряжение низкого напряжения (до 1000 В) для питания каждой силовой ячейки.
- обеспечивает гальваническую развязку энергосети и силовых ячеек преобразователя;
- обеспечивает за счет сдвига фаз вторичных обмоток высокое качество потребляемой из сети электроэнергии:
коэффициенты несинусодиальности тока и напряжения THD ≤ 5%;
косинус потребляемой из сети электроэнергии выше 0,95.
Делая первые шаги в разработке и производстве преобразователей частоты, мы, как и многие производители средневольтных преобразователей, покупали трансформаторы у сторонних производителей. При этом мы уделяли особое внимание формированию технического задания на поставку трансформаторов, скрупулёзно относились к каждому пункту. Но как бы детально не просчитывали параметры, как бы не доверяли поставщику, в любом случае делали запас по току и мощности. И не зря! Ведь на практике не однократно сталкивались с перегревом трансформаторов при номинальной нагрузке. Также приходилось бороться с плохим качеством пайки выводов вторичных обмоток, что иногда приводило к выходу из строя трансформаторов без возможности восстановления.
В итоге мы поняли, что оптимальное и надёжное решение по цене, качеству и габаритным размерам ПЧ достижимо только при полном цикле производства, включая силовой трансформатор. С полным переходом на применение трансформаторов собственного производства случаев выхода из строя трансформаторов по причинам некачественной пайки, либо перегрева не было и не предвидится. И вот почему.
Полный цикл разработки преобразователя частоты Рустмаш АТ27 включает расчет параметров трансформатора и силовых ячеек, математическое моделирование узлов и ПЧ в целом, прочностные и тепловые расчеты. Разработка и собственное производство трансформаторов дает возможность учитывать все особенности силовой части ПЧ от пульсации напряжения на конденсаторах звена постоянного тока до напряжения короткого замыкания трансформатора. Точное определение и контроль параметров силовой части ПЧ Рустмаш АТ27 позволяет оптимизировать материалоемкость ПЧ в целом, в том числе и мощность трансформатора.
В итоге потребитель уверен в надежности изделия и не переплачивает за избыточную мощность силового трансформатора. А ведь его стоимость лежит в пределах от 25% до 40% от стоимости всего преобразователя частоты.
Для примера:
Большинство производителей используют серийные трансформаторы, в то время как компания ООО «Рустмаш» предлагает трансформаторы, оптимизированные по мощности с обеспечением КПД более 98% (для исполнений трансформаторов, как с алюминиевыми, так и с медными обмотками).
Сравнение мощностей трансформаторов в средневольтных ПЧ:
|
Мощность ПЧ, кВт |
Мощность, кВА |
|
|
Серийный трансформатор |
Трансформатор Триол |
|
|
400 |
500 |
460 |
|
1250 |
1600 |
1440 |
|
1600 |
2000 |
1840 |
|
4000 |
5100 |
4600 |
Как видно из таблицы сравнения мощностей трансформаторов, трансформаторы компании ООО "Рустмаш" позволяют снизить материалоёмкость на 8%-10% относительно серийных изделий.
Характеристики трансформаторов Рустмаш ТРСД
- номинальная мощность до 10 МВА;
- номинальное напряжение от 3 до 11 кВ частотой 50/60,
- КПД выше 98% для мощностей до 4 МВА и выше 98,8% для мощностей выше 4 МВА;
- ток холостого хода не более 1% для мощностей до 4 МВА и не более 0,3% для мощностей выше 4 МВА;
- напряжение короткого замыкания от 5 до 13% в зависимости от применения;
- изоляция класса нагревостойкости Н (180 °С) при расчетном номинальном режиме 155 °С;
- обмотки из алюминиевого или медного проводника с эквивалентными потерями и температурой;
- наличие 4-х отпаек на первичной обмотке -10%, -5%, 0, +5%;
- количество вторичных обмоток ограничивается только габаритными размерами трансформатора;
- выходное напряжение с любыми значениями углов сдвига фаз между обмотками.
Наши трансформаторы снабжены также обмоткой собственных нужд номинальным напряжением 0,4 кВ.
От обмотки собственных нужд запитываются вентиляторы системы охлаждения АТ27 после подачи высокого напряжения, тем самым минимизируя нагрузку на внешний источник питания собственных нужд ПЧ Рустмаш АТ27.
Также данная обмотка позволяет выполнять предварительный заряд конденсаторов в звене постоянного тока силовых ячеек перед подачей на трансформатор высокого напряжения. Это минимизирует зарядные токи и снижает нагрузку на сеть при пуске силового трансформатора.
И еще один плюс, который содержит обмотка собственных нужд – возможность выполнить полную диагностику силовых ячеек без подачи высокого напряжения на ПЧ. Но эту особенность ПЧ Рустмаш АТ27 мы детальнее рассмотрим в статье №5 из нашего цикла статей «14 причин, по которым Вы можете считать Рустмаш АТ27 лучшим средневольтным преобразователем частоты в мире».
Итак, подведём итог и выделим особенности многообмоточных трансформаторов ТРСД из состава преобразователей частоты Рустмаш АТ27:
- Снижение потерь холостого хода трансформатора в 3 раза по сравнению с аналогичными трансформаторами за счет применения сердечника, изготовленного по технологии Unicore.
- Снижение расхода воздуха для охлаждения за счет оптимального распределения воздушных потоков через трансформатор.
- Оптимальное сочетание цены и мощности трансформатора.
- Повышенный ресурс трансформатора - как результат применения высокого класса изоляции (класс Н при температуре 180 °С) и отказа от подпорных вентиляторов охлаждения.
- Высокая адаптация к напряжению в сети за счет наличия 4-х отпаек на первичной обмотке трансформатора.
- Получение быстрых консультаций непосредственно от изготовителя трансформатора при проведении обслуживания, либо ремонта трансформатора.
В следующей статье Вы сможете познакомиться с решением по выполнению быстрого запуска ПЧ Рустмаш АТ27 с помощью смартфона!