Una descripción general del transformador de horno.

I. ¿Qué es un transformador de horno?

 

A transformador de hornoes un dispositivo eléctrico que regula el voltaje de corriente alterna (CA), ya sea incrementándolo o bajándolo, para cumplir con los requisitos operativos de los sistemas basados ​​en hornos -. En aplicaciones de fundición de metales industriales - (p. ej., acero, acero especial, corindón blanco, aluminio electrolítico), funciona como un transformador de potencia especializado capaz de soportar grandes cargas de corriente - y tensiones mecánicas y térmicas repetidas provenientes de arcos eléctricos, que generalmente presenta un voltaje primario que no excede los 72,5 kV, gran capacidad y utiliza varillas de carbono como electrodos. En contextos domésticos y de HVAC, convierte la electricidad de alto voltaje - en un voltaje más bajo y seguro para los componentes del horno (como termostatos y sistemas de encendido), lo que permite un funcionamiento eficiente mediante inducción electromagnética para la transferencia de energía, y su ubicación de instalación varía desde el interior del horno hasta unidades de aire acondicionado exteriores, según el diseño específico del sistema.

 

 

 

El transformador del horno actúa como el "corazón" de un horno industrial. Su función principal es convertir el alto voltaje y la baja corriente de la red en el bajo voltaje y la alta corriente requeridos por el horno, entregando energía precisa y robusta para procesos como fusión, calentamiento y refinación. Dependiendo del tipo de horno específico, el principio de funcionamiento y los requisitos del proceso, los transformadores de horno varían significativamente en su diseño y tecnología. Los siguientes son algunos de los tipos más utilizados en las industrias metalúrgica, química y de materiales.

En resumen,Los diferentes tipos de transformadores de horno son productos de sus procesos industriales específicos. Están especializados en sus parámetros de diseño (voltaje, corriente, impedancia), métodos de regulación de voltaje, capacidad de sobrecarga y regímenes operativos. Comprender y seleccionar correctamente el transformador de horno adecuado es fundamental para garantizar la seguridad de la producción, mejorar la calidad del producto y reducir el consumo de energía.

 

 

Debido al bajo voltaje secundario, la gran corriente y el amplio rango de regulación de voltaje de los transformadores de horno (que requieren ajuste desde el valor máximo hasta el 25% ~ 50% del valor máximo), sus métodos de regulación de voltaje son sustancialmente diferentes de los de los transformadores de potencia. Los métodos principales son los siguientes:

1. Regulación de voltaje de flujo variable

Su principio es establecer tomas de regulación de tensión o devanados de regulación de tensión separados en el devanado primario. Cuando el voltaje primario es constante, el voltaje por vuelta se cambia alterando el número de vueltas del devanado primario conectado al circuito, cambiando así el voltaje del devanado secundario. El flujo del núcleo cambia durante la regulación de voltaje.

• Características: Estructura simple y los devanados pueden disponerse de forma concéntrica o escalonada. Cuando el número de vueltas de las tomas del devanado primario es igual, la diferencia de paso de voltaje secundario es desigual; Si se requiere una diferencia de paso igual, se debe utilizar un devanado apilado. Cuando el voltaje secundario está en su máximo, la parte inactiva del devanado primario es propensa a oscilaciones de voltaje, lo que es desfavorable para el aislamiento. Cuando el voltaje secundario es mínimo, la densidad magnética del núcleo es baja, lo que resulta antieconómico para productos con un amplio rango de regulación de voltaje. La situación se puede mejorar utilizando la transformación D-Y.
• Ámbito de aplicación: Transformadores de horno de tamaño pequeño y mediano-con un voltaje primario de 35 kV o menos y un rango de regulación de voltaje inferior al 20 %.

 

2. Regulación de voltaje del transformador en serie

Se agrega un transformador en serie en el tanque del transformador principal. Los devanados de bajo-voltaje del transformador principal y del transformador en serie están conectados en serie. El voltaje del devanado de alto-voltaje del transformador en serie se cambia a través del devanado de regulación de voltaje separado del transformador principal, cambiando así el voltaje compuesto de los devanados de bajo-voltaje del transformador principal y el transformador en serie.

• Ventajas: Amplio rango de regulación de voltaje y la diferencia de paso de voltaje secundario es igual cuando el número de vueltas del grifo es igual. El voltaje primario no está limitado por el nivel de aislamiento del cambiador de tomas-y se puede reducir directamente de 63~220kV, eliminando la necesidad de una subestación intermedia. La capacidad del devanado de regulación de voltaje es mucho menor que la capacidad de salida del transformador del horno, lo que facilita la selección de un cambiador de tomas-con un alto factor de seguridad. El devanado de regulación de voltaje se puede conectar a un condensador de compensación para mejorar el factor de potencia. El transformador principal opera a flujo constante, lo que hace más económico el diseño de productos con gran capacidad y amplio rango de regulación de voltaje.
• Desventajas: Estructura compleja, cuya fabricación requiere-mucho tiempo y es inconveniente de mantener. Cuando se encuentran en tomas negativas, la pérdida de carga es grande, y la pérdida de carga en el voltaje secundario mínimo es ligeramente diferente de la del voltaje secundario máximo, y el incremento de voltaje de impedancia es grande.
• Ámbito de aplicación: Transformadores de horno con una capacidad de 10000 kVA o más, o transformadores de horno con un voltaje primario alto (63 kV o más).

 

3. Regulación de voltaje del autotransformador

Consta de un autotransformador y un transformador de horno con relación de transformación fija, que pueden instalarse en el mismo tanque o por separado, con un nivel de aislamiento máximo de 35kV.

• Características: El punto neutro común del autotransformador debe estar conectado a tierra de manera confiable (cuando los niveles de voltaje del lado primario y secundario son diferentes); se puede desconectar a tierra cuando los niveles de voltaje son los mismos. Cuando el número de vueltas del grifo es igual, la diferencia de paso de voltaje de bajo -voltaje del transformador del horno es igual. El cambio de impedancia es pequeño durante el proceso de regulación de voltaje. Para productos monofásicos-, se puede utilizar un núcleo de tres-ramas con secciones transversales- desiguales, con una rama para el devanado de regulación de voltaje del autotransformador, una rama para el devanado del transformador del horno y una rama como yugo común, lo que resulta en un diseño más económico. Los productos de gran-capacidad deben adoptar una estructura separada, y el bus de conexión entre el autotransformador y el transformador del horno debe acortarse y encerrarse para evitar daños al autotransformador debido a una corriente de cortocircuito extremadamente grande-en caso de un cortocircuito.

 

 

 

 

Los transformadores de horno constan de devanados de alto-voltaje,-regulación de voltaje y de bajo-voltaje, y su disposición sigue estos principios clave:

 

 

 

 

Debido a la necesidad de adaptarse a las condiciones de trabajo de los hornos eléctricos, como alta temperatura, gran corriente y regulación frecuente de voltaje, los transformadores de horno se han centrado en diferencias en las estructuras de los componentes centrales de los transformadores de potencia comunes. La siguiente es una descripción detallada del componente distintivo clave.

1. Núcleo conjugado

• Característica estructural: El núcleo del reactor ynúcleo del transformadorcomparten un yugo común, formando un diseño "conjugado" integrado.
• Punto de diferencia: el núcleo del transformador y el núcleo del reactor de los transformadores de potencia ordinarios son en su mayoría estructuras separadas e independientes sin un yugo común.
• Propósito del diseño: comprimir el volumen total a través del yugo compartido, reducir la pérdida magnética por fuga y mejorar la eficiencia de acoplamiento del circuito magnético central para adaptarse a las necesidades de regulación dinámica de las cargas de los hornos eléctricos.

 

2. Devanados escalonados

Los devanados de los transformadores de horno adoptan un diseño escalonado especial, que es diferente del método de devanado convencional detransformadores de potencia. Se dividen principalmente en dos tipos:

• Bobinados escalonados-de bobinado directo: los conductores se disponen alternativamente en pasos específicos durante el bobinado directo, sin seguir la lógica de bobinado secuencial uniforme de los transformadores de potencia.
• Devanados al tresbolillo ensamblados: Los devanados se prefabrican en secciones y luego se ensamblan en conjuntos, distribuyéndose alternativamente la dirección de devanado y la posición de cada sección de devanados.
• Ventaja principal: mejorar la resistencia de cortocircuito-de los devanados, mejorar la distribución de los campos eléctricos y magnéticos dentro de los devanados, reducir la pérdida local y adaptarse a la condición de corriente de entrada durante el arranque del horno eléctrico.

 

3. Devanados concéntricos (Diseño especial para regulación de voltaje y devanados de bajo-voltaje)

Los devanados concéntricos de los transformadores de horno tienen diferencias significativas con respecto a los transformadores de potencia en las formas estructurales de los devanados reguladores de voltaje y los devanados de bajo-voltaje:

Devanados reguladores de voltaje

• Tipos de devanado: incluyen cuatro diseños especiales: tipo continuo, tipo entrelazado, tipo espiral y tipo cilíndrico, con escenarios de aplicación más específicos.
• Punto de diferencia: los devanados reguladores de voltaje de los transformadores de potencia son principalmente estructuras dedicadas a la regulación de voltaje en carga y de tipo continuo. Los devanados entrelazados y en espiral que regulan el voltaje de los transformadores de horno se enfocan más en resistir el voltaje de impulso, mientras que el tipo cilíndrico optimiza la estabilidad del campo magnético durante la regulación del voltaje.
• Requisito de adaptación: satisfacer las necesidades de un amplio-rango y regulación de voltaje frecuente durante la fundición en hornos eléctricos y mejorar la confiabilidad del aislamiento de los devanados.

Devanados de bajo-voltaje

(1) Tipos estructurales especiales:

• Devanados de bajo-voltaje de doble-disco: enrollados en segmentos de doble-disco, con un área de disipación de calor mayor en comparación con los devanados de bajo-voltaje convencionales de los transformadores de potencia.
• Devanados de bajo voltaje en forma de "figura-8": los devanados se distribuyen en forma de "figura de 8", lo que reduce eficazmente el flujo magnético de fuga y se adapta a una gran transmisión de corriente.
• Devanados-de bajo-voltaje tipo placa: adopte un diseño estructural de placa-plana, reduzca el efecto de piel bajo corriente grande y mejore la capacidad de carga-de corriente.

(2) Diferencia fundamental: los devanados de bajo-voltaje de los transformadores de potencia son principalmente de tipo cilíndrico y en espiral. Todos los devanados de bajo-voltaje de los transformadores de hornos están diseñados para adaptarse a condiciones de trabajo de gran intensidad, centrándose más en un rendimiento de baja pérdida y alta disipación de calor.

 

4. Cables conductores de bajo-voltaje

• Característica estructural: los cables conductores de baja-tensión utilizan conductores-de sección transversal grande y el recorrido del diseño está optimizado para un diseño de corta-distancia y baja-impedancia. En algunos escenarios se utiliza una estructura de blindaje.
• Punto de diferencia: los cables conductores de bajo-voltaje de los transformadores de potencia se centran más en la protección del aislamiento y en el cableado ordenado. Los cables conductores de bajo-voltaje de los transformadores de hornos se optimizan principalmente para una "gran transmisión de corriente" con una sección transversal-de conductor más grande y una menor impedancia para reducir la pérdida del cable conductor.

 

5. Terminales de salida de bajo-voltaje

(1) Tipos especiales:

• Terminales de placa de cobre: ​​Procesados ​​a partir de una sola pieza de placa de cobre gruesa, con gran área de contacto, adecuados para transmisión de corriente de mediana y gran capacidad.
• Terminales de tubos de cobre-enfriados por agua: utilice tubos de cobre huecos como soporte, combinados con un sistema de refrigeración por agua-, que puede disipar rápidamente el calor generado por grandes corrientes.

(2) Punto de diferencia: los terminales de salida de bajo-voltaje de los transformadores de potencia son en su mayoría terminales de tipo perno o barras de cobre convencionales-sin un diseño de refrigeración por agua- dedicado. La estructura terminal de los transformadores de horno está especialmente diseñada para soportar condiciones de trabajo de alta corriente y alta-temperatura, lo que garantiza la estabilidad de la transmisión de corriente y la vida útil.