Трансформатор для гальванической обработки

В приложениях источников питания для гальванических процессов высокой мощности технология многопульсного выпрямления в сочетании с фазосдвигающим автотрансформатором считается высокоэффективным и надежным решением для подавления гармоник.

Обзор решения Источники гармоник Риски гармоник Решения по подавлению гармоник Технический принцип Технические преимущества Области применения Вывод

Обзор проблем гармоник в источниках питания для гальваники

Источники питания для гальваники являются критически важным электрооборудованием в отрасли финишной обработки поверхности. Из-за высокой рабочей мощности и длительного времени эксплуатации их воздействие на электрическую сеть является значительным.

Традиционные источники питания для гальваники часто генерируют большое количество гармонических токов в процессе преобразования переменного тока в постоянный, что серьезно влияет на систему электроснабжения и связанное с ней оборудование.

С непрерывным повышением уровня промышленной автоматизации гальванические производственные линии предъявляют более высокие требования к качеству электроэнергии.
Поэтому эффективный контроль и снижение гармоник, генерируемых источниками питания для гальваники, стали важной задачей в управлении качеством электроэнергии на предприятиях.

Запрос по продукту или решению

Основные источники Harmonics in Electroplating Power Supplies

Harmonics in Electroplating Power Supplies в основном возникают на этапе выпрямления, включая тиристорные фазоуправляемые выпрямители и искажения входного тока импульсных источников питания.

Гармоники, генерируемые тиристорным фазовым выпрямлением

Традиционные источники питания для гальванических процессов обычно используют тиристорную технологию фазового управления. Эта технология регулирует выходное напряжение путем изменения угла включения тиристора, но в процессе работы она потребляет из сети несинусоидальный импульсный ток, что приводит к появлению большого количества низкочастотных гармоник, таких как: 5-я гармоника, 7-я гармоника, 11-я гармоника, 13-я гармоника. Эти гармоники вызывают сильное искажение формы тока в сети, тем самым влияя на стабильную работу всей системы распределения электроэнергии.
Гармоники, вызванные структурой импульсного источника питания

В последние годы для повышения эффективности и уменьшения размеров оборудования многие источники питания для гальваники приняли структуру импульсного источника питания (выпрямитель + IGBT-инвертор). Однако в таких системах обычно используются конденсаторные фильтрующие цепи на входе, что приводит к значительной импульсной характеристике входного тока, а также к высокому содержанию гармоник.

Влияние гармоник на энергосистему

Гармоники, создаваемые источниками питания для гальванических процессов, не только ухудшают качество электроэнергии, но и могут создавать различные риски для промышленного производства.

1

Перегрев оборудования и сокращение срока службы

Гармонические токи вызывают дополнительные потери в оборудовании, таком как трансформаторы, кабели и двигатели, что приводит к повышению температуры оборудования, ускоренному старению изоляции и даже повреждению оборудования.
2

Электрическая система помех

Гармоники генерируют высокочастотные электромагнитные помехи, влияющие на системы связи, автоматизированные системы управления и прецизионное электронное оборудование в цехе. В тяжелых случаях это может привести к сбоям в работе или отказам системы.
3

Снижение коэффициента мощности

Гармоники снижают общий коэффициент мощности системы. Когда коэффициент мощности падает ниже стандарта энергоснабжающей компании, предприятие может быть вынуждено оплачивать дополнительные штрафы за электроэнергию.
4

Потери энергии и угрозы безопасности

Гармонические токи по существу являются неэффективной мощностью, увеличивающей энергопотребление системы и потенциально вызывающей вибрацию трансформатора, повышенный шум и даже, в крайних случаях, перегрев и риск возгорания.

Решения по подавлению гармоник в источниках питания гальваники

В промышленности наиболее распространены следующие методы снижения гармоник:

Пассивные фильтры

Пассивные фильтры состоят из таких компонентов, как катушки индуктивности и конденсаторы. Они поглощают гармоники, обеспечивая путь с низким импедансом для определенных гармоник.

Преимущества
- Простая структура
- Низкая стоимость
- Высокая надежность
Недостатки
- Большие размеры
- Эффективны только для гармоник фиксированного порядка
- Могут резонировать с импедансом системы
Активные фильтры мощности (АФМ)

Активные силовые фильтры используют силовую электронику для обнаружения гармоник в реальном времени и генерации компенсирующих токов равной величины, но противоположного направления для подавления гармоник.

Преимущества
- Высокая динамическая способность компенсации
- Эффективность фильтрации может достигать более 90%
Недостатки
- Более высокая стоимость
- Мощность ограничена силовыми устройствами
- Более подходит для применений малой и средней мощности
Технология многопульсного выпрямления

Технология многопульсного выпрямления преобразует трехфазное питание в несколько наборов напряжений с различными фазовыми углами с помощью фазосдвигающего автотрансформатора, которые затем подаются на несколько выпрямительных мостов. Гармонические токи, генерируемые различными выпрямительными мостами, взаимно компенсируются внутри трансформатора, что значительно снижает гармонические токи, поступающие в электросеть.

Преимущества
- Подавляет гармоники на источнике выпрямления, обеспечивая стабильную производительность по снижению
- Не зависит от сложного силового электронного оборудования, обеспечивая высокую надежность системы
- Улучшает коэффициент мощности системы и снижает риск штрафов за электроэнергию
- Подходит для промышленных энергосистем высокой мощности с непрерывной работой
Недостатки
- Более высокие первоначальные инвестиции в оборудование
- Большие размеры и вес оборудования, требующие достаточного пространства для установки

Принцип работы фазосдвигающих автотрансформаторов и многопульсного выпрямления

Структура многопульсного выпрямления

Общие структуры в системах многопульсного выпрямления включают:

12-пульсное выпрямление
18-пульсное выпрямление
24-пульсное выпрямление

На примере системы 24-пульсного выпрямления фазосдвигающий автотрансформатор генерирует несколько наборов трехфазных напряжений с определенными фазовыми сдвигами (обычно **фазовый сдвиг 15°**).
Эти напряжения подаются на несколько выпрямительных мостов для выпрямления.

Принцип подавления гармоник

Гармонические токи, генерируемые различными выпрямительными мостами, из-за различия фаз взаимно компенсируются при наложении на первичной стороне трансформатора с помощью магнитодвижущей силы. Например:

5-я гармоника
7-я гармоника
11-я гармоника
13-я гармоника

Эти низшие гармоники значительно ослабляются в системе, и в конечном итоге в сеть поступают в основном высшие гармоники с меньшими амплитудами (например, 23-я и 25-я гармоники), что значительно снижает общий коэффициент гармонических искажений системы.

.anchors2 h4

Технические преимущества фазосдвигающего автотрансформатора

По сравнению с традиционными фильтрами этот метод подавляет гармоники непосредственно в источнике их возникновения и широко применяется в крупных промышленных энергосистемах.

Отличная способность подавления гармоник

Применяя технологию многопульсного выпрямления, общий коэффициент гармонических искажений тока (THDi) входного тока системы обычно может быть ограничен в пределах от 5% до 8%, что соответствует требованиям стандартов качества электроэнергии.
Высокий уровень использования производственных мощностей оборудования

Автотрансформаторы передают мощность через комбинацию электромагнитной связи и прямой проводимости. По сравнению с традиционными изолирующими трансформаторами их требования к мощности могут быть снижены примерно на **80% или более**, что уменьшает размер оборудования и повышает эффективность системы.

Высокая структурная надежность

Это решение в основном состоит из железного сердечника, обмоток и изоляционной структуры, без сложных силовых электронных компонентов. Поэтому оно обладает следующими преимуществами: высокая перегрузочная способность, стабильная работа, простота обслуживания. Оно идеально подходит для непрерывной работы с высокой мощностью в условиях гальванических цехов.
Повышение коэффициента мощности системы

Благодаря снижению содержания гармоник общий коэффициент мощности системы значительно повышается, что позволяет избежать штрафов за низкий коэффициент мощности и снизить затраты предприятия на электроэнергию.

Типичные области применения фазосдвигающих автотрансформаторов

Системы питания на основе Multi-pulse rectification technology (phase-shifting autotransformer) широко используются в различных промышленных отраслях.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Обработка поверхности ключевых компонентов
Автомобильная промышленность

Гальваническое покрытие систем ABS, амортизаторов, алюминиевых дисков и т.д.
Промышленность машин и оборудования

Упрочнение поверхности строительной техники и горнодобывающего оборудования
Сталелитейная и судостроительная промышленность

Линии непрерывного гальванического производства и изготовление крупных компонентов

Вывод

Гармоники, генерируемые источниками питания для гальванических процессов, в основном возникают на этапе выпрямления и являются значительным фактором, влияющим на качество промышленной электроэнергии.

Применение **многоимпульсной технологии выпрямления и фазосдвигающего автотрансформатора** позволяет достичь активного подавления гармоник на стороне источника питания. Гармоники, генерируемые различными выпрямительными мостами, взаимно компенсируются в системе, значительно снижая уровень гармонических токов, поступающих в электрическую сеть.

Данное решение обладает следующими преимуществами:

1. Высокоэффективное подавление гармоник
2. Высокая надежность
3. Высокий коэффициент мощности
4. Применимость в промышленных сценариях высокой мощности

Таким образом, в приложениях с мощными источниками постоянного тока, таких как гальваника, электролиз и металлургия, **решение с фазосдвигающим автотрансформатором и многоимпульсным выпрямлением** становится важным технологическим путем для улучшения качества электроэнергии и достижения экологически чистого производства.