Трансформатор LCI — это силовой трансформатор, разработанный специально для обслуживания систем привода инверторов с коммутацией под нагрузкой (LCI) и других крупных тиристорных преобразователей. В этой статье объясняется, что делает трансформатор LCI, почему его конструкция отличается от стандартного силового трансформатора, как его выбрать, особенности установки и тестирования, а также примеры практического применения.

Определение и роль трансформатора LCI

Трансформатор LCI обеспечивает источник переменного напряжения и электрический интерфейс между сетью питания и инвертором, коммутируемым под нагрузкой. Он изолирует преобразователь от сети, адаптирует напряжение в соответствии с требованиями преобразователя, обеспечивает необходимые фазовые соотношения (включая дополнительный фазовый сдвиг) и обеспечивает контролируемое реактивное сопротивление утечки, чтобы помочь с коммутацией и гармоническим поведением.

Как приводы LCI используют трансформатор

Инверторы с коммутацией нагрузки представляют собой тиристорные преобразователи с линейной коммутацией, коммутация которых зависит от формы напряжения системы переменного тока. Трансформатор LCI поддерживает преобразователь посредством:

• Обеспечение правильного межфазного напряжения и нескольких вторичных обмоток для отдельных мостов преобразователя или вспомогательных источников питания.
• Представляем проектируемое реактивное сопротивление утечки, которое ограничивает токи короткого замыкания и улучшает коммутационные возможности тиристоров.
• Создание фазовых сдвигов (через треугольник/звезду или специальные обмотки фазового сдвига) для уменьшения определенных гармонических составляющих, вносимых в сеть.
• Обеспечение гальванической развязки и заземления, необходимых для безопасной работы преобразователя и систем защиты.

Основные конструктивные особенности трансформатора LCI

Трансформаторы LCI отличаются от распределительных трансформаторов общего назначения по нескольким важным признакам; Эти различия обусловлены электрическими потребностями преобразователя и необходимостью контролировать гармоники, пусковые токи и токи повреждения.

Конфигурация обмотки и фазосдвиг

Типичные конфигурации включают Y/Δ, Δ/Y или многообмоточные схемы, которые позволяют преобразователю питаться одним или несколькими вторичными напряжениями. Обмотки со сдвигом фазы (например, ±15°, ±30°) часто реализуются для обеспечения подавления гармоник между параллельными мостами или для уменьшения величины определенных тройных и нетройных гармоник.

Контроль реактивного сопротивления утечки и импеданса

Производители разрабатывают специальные сопротивления короткого замыкания (выраженные в % импеданса или реактивного сопротивления) для ограничения токов повреждения и обеспечения необходимого коммутационного сопротивления для тиристорных затворов. Слишком низкий импеданс может привести к чрезмерным токам повреждения и плохой коммутации; слишком высокое сопротивление увеличивает падение напряжения и нагрев.

Охлаждение, изоляция и тепловой расчет

Поскольку преобразователи создают значительные гармоники и несинусоидальные токи, трансформаторы LCI часто сталкиваются с повышенными вихревыми и паразитными потерями. Поэтому в конструкциях используются улучшенные системы охлаждения (ONAN, ONAF или принудительное масло/воздух), пластины жил более высокого качества и системы изоляции, рассчитанные на более высокие dV/dt и пиковые напряжения.

Выбор трансформатора LCI: практический контрольный список

Используйте следующий контрольный список, чтобы убедиться, что выбранный вами трансформатор соответствует требованиям преобразователя и площадки.

• Номинальная мощность (кВА) с запасом на перегрузки преобразователя и реактивные потери.
• Номинальные первичные и вторичные напряжения и необходимый диапазон переключателя ответвлений для регулирования напряжения.
• Сопротивление короткого замыкания указано для оптимизации коммутации и ограничения токов повреждения.
• Варианты конфигурации обмоток и фазового сдвига для подавления гармоник между мостами преобразователя.
• Метод охлаждения (ONAN/ONAF/OFWF) соответствует ожидаемым постоянным потерям и условиям окружающей среды.
• Класс изоляции, устойчивость к перенапряжению и допуск dV/dt соответствуют переходным процессам переключения тиристоров.
• Вспомогательные обмотки для цепей управления, питания постоянным током (при необходимости) и схемы заземления.
• Фильтры гармоник или интеграция реактора, если это необходимо для соблюдения ограничений норм сети.

Типовая таблица технических характеристик

Монтажные и предпусковые проверки

Правильная установка и ввод в эксплуатацию сводят к минимуму ранние отказы. Ключевые этапы включают испытания масла и изоляции, испытания сопротивления обмотки и коэффициента трансформации, проверки заземления и нейтрали, проверку работы устройства РПН и проверки координации с защитой преобразователя.

• Проверка коэффициента трансформации и полярности трансформатора для подтверждения правильности фазовых соотношений преобразователя.
• Диэлектрические испытания (коэффициент мощности, сопротивление изоляции и испытания приложенным напряжением) для проверки целостности изоляции.
• Измерение импеданса короткого замыкания и проверка его соответствия расчетным значениям.
• Механическая проверка правильности монтажа, охлаждающих вентиляторов/насосов и прокладки кабелепроводов преобразователя.

Общие проблемы обслуживания и устранения неполадок

Поскольку преобразователи вводят гармоники и могут создавать смещения постоянного тока, у трансформаторов LCI возникает определенный набор проблем. Регулярный мониторинг и профилактическое обслуживание сокращают время внеплановых простоев.

• Перегрев из-за паразитных потерь, вызванных гармониками — следите за температурой масла и подъемом верхнего слоя масла.
• Ускоренное старение изоляции из-за повторяющихся dV/dt и высоких пиковых напряжений — отслеживайте анализ растворенных газов (DGA) и сопротивление изоляции.
• Вибрация и механический шум от магнитострикции на гармонических частотах — проверьте зажим сердечника и магнитные соединения.
• Заземление или нейтраль смещаются при неисправности устройств управления или блокировки преобразователя — проверьте соединения заземления и нейтральные реакторы, если они установлены.

Трансформатор LCI и преобразователь ШИМ

Преобразователи с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) имеют другие спектры гармоник и характеристики переключения по сравнению с LCI. Трансформаторы, используемые с инверторами ШИМ, имеют тенденцию подчеркивать устойчивость к dV/dt, более низкое реактивное сопротивление утечки для динамического отклика и различную интеграцию фильтров. Трансформаторы LCI, напротив, отдают приоритет управляемому коммутационному сопротивлению и фазосдвигающим обмоткам для подавления гармоник.

Типичные применения и примеры случаев

Трансформаторные системы LCI широко используются там, где надежные мощные тиристорные преобразователи выбираются для приводов больших синхронных двигателей или линий высокого/среднего напряжения постоянного тока. Общие отрасли:

• Сталепрокатные станы и обработка тяжелых металлов, где большие синхронные двигатели требуют постоянного крутящего момента и простых, надежных преобразователей.
• Судовые силовые установки и большие морские приводы, где надежность и надежность имеют первостепенное значение.
• Большие насосы и компрессоры в водоподготовке, а также в нефтегазовой отрасли, где мощные приводы с подключением к сети экономически эффективны.

Заключительные рекомендации для инженеров и спецификаторов

При выборе трансформатора LCI заранее координируйте свои действия с поставщиком преобразователя, чтобы получить формы сигналов тока преобразователя, гармоники, ожидаемые смещения постоянного тока и настройки защиты. Запросите данные производителя для оценки паразитных потерь и тепловых характеристик при несинусоидальной нагрузке. Включите в электрическую схему фильтрацию гармоник и схемы нейтрали/реактора, чтобы обеспечить соответствие сетевым нормам и долгосрочную надежность трансформатора.

Если вы хотите, укажите номинальный ток преобразователя, номинальные напряжения, желаемую схему сдвига фаз и условия окружающей среды — с учетом этих данных можно составить подробную спецификацию трансформатора (кВА, полное сопротивление, охлаждение, расположение обмоток и класс изоляции).