El transformador de horno es un tipo de transformador de potencia sumergido en aceite que se utiliza para el suministro de energía de los hornos. Entonces, ¿qué es un transformador de horno? En comparación con otros transformadores, ¿tienen alguna particularidad los transformadores de hornos eléctricos? Consulte el artículo de hoy y descubra las respuestas.
¿Qué es un transformador de horno?
El transformador de horno eléctrico, también conocido como transformador de fundición, es un transformador de potencia especial que se utiliza principalmente para fundir metales como el acero. Puede soportar cargas de corriente ultragrandes y soportar repetidas tensiones mecánicas y térmicas elevadas causadas por arcos eléctricos. Normalmente, la tensión primaria del transformador de horno eléctrico no supera los 72.5 kV. El transformador puede manejar corrientes que van desde varios miles hasta decenas de miles de amperios. Por lo general, tiene una gran capacidad y viene en dos diseños: tipo dividido y tipo integrado. El transformador de horno eléctrico utiliza varillas de carbono como electrodos y se emplea comúnmente en la fundición en horno eléctrico de acero especial, corindón blanco, aluminio electrolítico y otros materiales.
Características de diseño de los transformadores de horno eléctrico
Los transformadores de horno eléctrico están diseñados para manejar las altas corrientes y las tensiones variables que requieren los hornos eléctricos. Las características clave del diseño incluyen:
Tomas de tensión y diseño del núcleo
Los transformadores de horno eléctrico suelen incluir múltiples tomas para ajustar la tensión secundaria. Debido a la alta corriente y a las pocas vueltas efectivas en el devanado de baja tensión, las tomas se suelen establecer en el devanado de alta tensión. El devanado de alta tensión requiere más vueltas para proporcionar el rango de tensión necesaria en el secundario.
La densidad de flujo del núcleo varía con cada toma debido a las diferentes vueltas primarias para cada tensión secundaria. La tensión secundaria más grande determina el tamaño del núcleo, mientras que la tensión secundaria más pequeña influye en el número total de vueltas primarias. En consecuencia, el rango de tensión secundaria afecta significativamente al peso y al coste del transformador.
Características de la reactancia
El rango de tensión secundaria afecta a la reactancia del transformador. En un transformador bien diseñado, la reactancia debe variar inversamente con el cuadrado de la tensión secundaria. Normalmente, la reactancia no debe superar el 15 %. Un rango de tomas más amplio puede complicar la disposición de las bobinas, mientras que un rango de tomas más pequeño da como resultado un transformador más compacto.
Disposición de las bobinas
Las bobinas deben disponerse de manera que las posiciones de toma del primario afecten por igual a la reactancia de cada bobina múltiple en el devanado de baja tensión. Un enfoque común es bobinar completamente cada bobina de alta tensión y conectar todas las bobinas en paralelo en varios grupos. Las tomas se toman del centro de cada devanado, y las tomas correspondientes se conectan de múltiples maneras y se conmutan rápidamente mediante un regulador de tensión.
Construcción del transformador
El tanque del transformador, la cubierta y las estructuras de sujeción de la bobina suelen ser de acero. Dados los altos requisitos de corriente, se debe tener cuidado al disponer las barras colectoras y los cables para evitar la concentración de pérdidas y el calentamiento de los materiales magnéticos circundantes debido al flujo de fuga. Las barras colectoras deben subdividirse según la disposición de las bobinas y escalonarse para asegurar polaridades de corriente opuestas en las barras colectoras adyacentes.
Conexiones trifásicas
La mayoría de los grandes hornos de arco utilizan una fuente de alimentación trifásica, y es una práctica común emplear un transformador trifásico con una conexión en delta para el devanado de baja tensión. Tradicionalmente, se utilizaba una conexión en delta dentro del transformador, pero esto a menudo conducía a pérdidas excesivas. Hoy en día, las barras colectoras escalonadas pasan a través de la cubierta del transformador, y la conexión en delta está fuera del transformador. Supongamos que la distancia al horno eléctrico es considerable. En ese caso, las barras colectoras deben colocarse cerca del horno después de salir del transformador para minimizar las pérdidas y evitar el calentamiento de los materiales magnéticos cercanos.
Sistemas de refrigeración
Los transformadores refrigerados por agua son los preferidos para los grandes hornos eléctricos debido al ahorro de costes y espacio, y porque a menudo hay un amplio suministro de agua de refrigeración disponible tanto para la rejilla de electrodos del horno como para el transformador. Si la calidad del agua es cuestionable, se utilizan transformadores refrigerados naturalmente
Protección contra el polvo
Los transformadores de hornos eléctricos suelen instalarse en entornos polvorientos. Para evitar la entrada de polvo, los transformadores deben estar bien sellados. Las cajas de relleno correctamente diseñadas alrededor de cada barra colectora pueden evitar eficazmente la entrada de residuos en el transformador.
Requisitos de reactancia
Una característica clave de los hornos de arco es que la resistencia del arco disminuye a medida que aumenta la corriente, lo que puede causar inestabilidad a menos que se conecte una impedancia constante suficiente en serie con la tensión de alimentación. Para hornos de arco grandes, la reactancia inherente del transformador suele ser adecuada. Para hornos de arco más pequeños, puede ser necesaria una reactancia adicional, ya sea diseñando el transformador con una reactancia más alta o añadiendo un reactor separado en serie. La reactancia inherente del transformador no debe superar el 10 % o el 15 %, y este valor se fija una vez seleccionado. Si se utiliza un reactor separado, debe incluir tomas para permitir el ajuste de la reactancia según sea necesario.
¿Cuáles son las especificaciones básicas del transformador de horno?
(1) Tensión nominal primaria. Esta tensión es la aplicada por la red de suministro de energía a la bobina primaria del transformador, es decir, la tensión estándar de la red de suministro de energía, que incluye principalmente 6 kV, 10 kV, 20 kV, 35 kV y 110 kV.
(2) Tensión secundaria. La tensión secundaria también se conoce como tensión de lado bajo. Su tamaño y su serie dependen principalmente de los requisitos del proceso de fabricación de acero, y su rango es generalmente entre 100 y 1200 V.
(3) Corriente nominal. No importa cómo esté conectado el transformador, la corriente nominal en la bobina del lado de bajo voltaje permanece sin cambios; mientras que la corriente en la bobina de alta tensión cambia con el cambio de la corriente secundaria.
(4) Capacidad nominal. La capacidad a la tensión secundaria más alta se define como la capacidad nominal del transformador del horno de arco eléctrico.
(5) Frecuencia de la fuente de alimentación. En China, la frecuencia de la red eléctrica es de f=50 Hz, pero en otros países, las regulaciones de la frecuencia de la red eléctrica son diferentes en función del sistema eléctrico local.
(6) La línea de conexión y el grupo de conexión de la bobina. Cuando las bobinas están conectadas en forma de Y-△ o de △-△, la etiqueta del grupo de conexión es Yd11 (11 significa que los ángulos de fase primario y secundario difieren en 11°) o Dd0 (0 significa que los ángulos de fase primario y secundario difieren en 0°).
(7) Eficiencia. Por lo general, η = 95 % a 98 % para transformadores pequeños y medianos, y η = 99 % para transformadores grandes.
¿Cuáles son los tipos de transformadores de hornos eléctricos?
Transformador de horno de resistencia
Las piezas mecánicas pueden calentarse en hornos de resistencia y hornos de baño de sal para tratamiento térmico, sinterización de pulvimetalurgia, fundición de metales no ferrosos, etc. Para reducir y ajustar la tensión de entrada del horno eléctrico, es necesario equipar un transformador de horno de resistencia entre el horno y la red eléctrica porque la resistencia del elemento calefactor es demasiado pequeña o cambia demasiado durante el proceso de calentamiento.
Los transformadores de horno de baja tensión, pequeña capacidad y baño de sal suelen ser transformadores de tipo seco con envolventes tipo caja y refrigeración natural; los transformadores de horno de resistencia de capacidad media (de cientos a miles de VA) suelen ser transformadores sumergidos en aceite y autorrefrigerados; los transformadores de gran capacidad son de circulación forzada de aceite y refrigerados por agua.
Transformador de horno de arco eléctrico
Transformadores especiales utilizados para alimentar hornos de arco eléctrico para la fundición de acero. Estos transformadores son grandes, complejos y tienen altos requisitos técnicos. La tensión del lado secundario es baja, generalmente entre decenas y cientos de voltios, y debe regularse dentro de un amplio rango; la corriente del lado secundario suele alcanzar de miles a decenas de miles de amperios. El período de fusión en la fundición de hierro y acero también requiere alta potencia, y el transformador debe tener una capacidad de sobrecarga del 20 % en 2 horas. El lado primario de un transformador de horno de arco eléctrico debe estar conectado a un reactor limitador de corriente o debe tener una gran impedancia para limitar la corriente de cortocircuito en el proceso de fabricación del acero, ya que el colapso de la carga puede provocar un cortocircuito en el electrodo.
Para hacer funcionar el horno eléctrico, el transformador de alimentación también debe ser capaz de ajustar la tensión. La tensión puede ajustarse de dos maneras.
① Regulación directa de la tensión: la toma está conectada al cambiador de tomas en el devanado primario del transformador. También se puede utilizar una conmutación *-Y entre las tres fases del lado primario para regular la tensión en el lado secundario. La técnica de conmutación *-Y es una forma muy eficiente de regular la tensión, que puede reducir la tensión secundaria a 1/ de la original sin cambiar el número de vueltas en el lado primario. Las 9 tomas de cada devanado de fase más la conmutación *-Y dan un total de 18 niveles de tensión.
② Método de regulación indirecta de la tensión: método de regulación indirecta de la tensión con transformador en serie. Este transformador principal tiene tres devanados (véase transformador de devanados múltiples), el devanado 1 es un devanado de alta tensión conectado a la red, el devanado 2 es un devanado con una toma conectada al devanado primario 4 del transformador en serie II a través de un cambiador de tomas, y el devanado 3 está conectado al devanado secundario 5 del transformador en serie II para suministrar energía a la carga del horno eléctrico. A través del cambiador de tomas, la tensión de salida de los devanados 3 y 5 puede modificarse cambiando la tensión primario del transformador en serie II. Por lo general, los devanados 3 y 5 conectados a la carga son de 1 a 2 vueltas y están hechos de una bobina en forma de 8 de cobre o placa de aluminio.
Transformador de horno tipo envolvente
Características estructurales:
① Núcleo de hierro
El núcleo de hierro del transformador de horno eléctrico de tipo envolvente es una estructura de bastidor con juntas de inglete completas. El ancho del núcleo es estrecho, la condición de disipación de calor es buena y la estructura es simple.
② Bobinado
El bobinado del transformador de horno eléctrico de tipo envolvente es un rectángulo con la misma forma de sección transversal que el vástago. El devanado de baja tensión está hecho de una sola pieza de placa de cobre, con buenas condiciones de disipación de calor, y la cabeza es una estructura soldada; el devanado de alta tensión es una estructura de pastel. La disposición del devanado será escalonada. El segmento de línea de alta tensión y el segmento de línea de baja tensión de cada grupo deben tener el mismo potencial magnético, y sus dimensiones radiales deben ser básicamente las mismas.
En teoría, los segmentos de línea de baja tensión se colocan en ambos extremos, porque la distancia de aislamiento al núcleo de hierro es pequeña. Sin embargo, para reducir la impedancia de cortocircuito del transformador, se requieren múltiples grupos de fuga de flujo magnético para cumplir los requisitos, y la colocación de los segmentos de línea de baja tensión en ambos extremos limitará el número de grupos de fuga de flujo magnético, por lo que a veces los segmentos de línea de alta tensión se colocan en ambos extremos. En el proceso de regulación de tensión, para que la configuración del segmento de línea sea simétrica y garantizar el equilibrio del potencial magnético, el segmento de línea de regulación de tensión suele adoptar múltiples conexiones en paralelo, a fin de garantizar que la impedancia de cada grupo de flujo de fuga sea igual, y que la corriente de cada segmento de línea de baja tensión también sea igual.
③ Método de enfriamiento
Los transformadores de horno tipo envolvente generalmente utilizan circulación forzada guiada por aceite, enfriamiento forzado por agua, circulación forzada guiada por aceite y enfriamiento forzado por aire. Dado que el transformador tipo envolvente puede establecer convenientemente una partición entre el tanque de aceite y el cuerpo, el aceite enfriado del transformador se ve obligado a fluir a través de la torta de alambre, el flujo de aceite es uniforme, la diferencia de temperatura de cada parte es pequeña, el efecto de disipación de calor es bueno y la temperatura del punto más caliente puede reducirse. Disminúyala en unos 5 °C para aumentar la capacidad de sobrecarga adicional del transformador.
④ Tanque de combustible
Dado que el devanado del transformador de tipo envolvente está completamente protegido por el núcleo de hierro, es menos probable que se dañe por fuerzas externas, por lo que se puede utilizar un tanque de aceite de forma adecuada según la forma del cuerpo, reduciendo así en gran medida el tamaño y el peso del transformador.
Ventaja:
① Pequeña fuerza mecánica y buena resistencia
Los cálculos teóricos muestran que la fuerza electromagnética radial del transformador de tipo envolvente es muy pequeña. Aunque la fuerza electromagnética axial es relativamente grande, también puede reducirse significativamente cuando hay muchos grupos magnéticos de fuga. Los devanados del transformador de tipo envolvente están completamente rodeados por piezas aislantes, y el núcleo de hierro los rodea. La fuerza de cortocircuito se transmite directamente al tanque de combustible a través de las piezas aislantes y el núcleo de hierro, a diferencia de la estructura de tipo núcleo con menos superficie de soporte del devanado, por lo que el transformador de tipo envolvente tiene una alta resistencia mecánica.
② Fuerte resistencia al impacto del devanado
Debido a que el devanado del transformador tipo envolvente tiene pocas bobinas y un gran tamaño radial, la capacitancia entre las bobinas es grande, pero la capacitancia a tierra es pequeña, por lo que cuando la tensión de impulso actúa sobre el transformador tipo envolvente, la tensión inicial es básicamente lineal. distribución, el gradiente de tensión se reduce en gran medida. Al mismo tiempo, debido a la gran capacitancia inherente del transformador de tipo envolvente, el tiempo de oscilación de la tensión del devanado se prolonga, y el voltaje transitorio se ha atenuado antes de que el devanado alcance la amplitud. Por lo tanto, el devanado del transformador de tipo envolvente tiene un buen rendimiento de resistencia a sobretensiones.
③ Baja impedancia
Cada fase del transformador de tipo envolvente puede dividirse en varios grupos magnéticos de fuga, y el tamaño radial de la torta de alambre es grande, la impedancia puede diseñarse entre un 2 % y un 3 %, y la fuerza mecánica y la pérdida de carga también son pequeñas. Dado que la potencia reactiva del transformador se reduce considerablemente, el factor de potencia del horno eléctrico aumenta de forma natural.
④ La regulación de tensión de fase dividida no tiene ningún efecto en el circuito magnético
Debido a la asimetría del flujo magnético trifásico de la regulación de tensión de fase dividida, el transformador de tipo núcleo debe utilizar un núcleo de hierro de cinco columnas. Pero en el núcleo del transformador de tipo envolvente, cada fase ya tiene un circuito magnético independiente, y la asimetría del circuito magnético no afecta al diseño del núcleo.
⑤ Conductores cortos y equilibrio de impedancia fácil
El extremo de salida del cable y el cable de derivación se dibujan lo más cortos posible en la parte superior del devanado, y la salida del devanado de baja tensión puede tener la misma longitud, eliminando así el desequilibrio de impedancia del cable de baja tensión y reduciendo la transferencia de potencia durante el funcionamiento del horno eléctrico.
⑥ Baja pérdida
Transformadores de horno Daelim Belefic
Los transformadores de horno de Daelim Belefic se exportan a México, Argentina y otros países. Nuestro equipo destaca en el diseño y los requisitos técnicos de los transformadores de horno y aporta una amplia experiencia a cada proyecto. Si busca un proveedor fiable de transformadores de horno, no dude en ponerse en contacto con nosotros hoy mismo.
Daelim Belefic también produce transformadores de potencia para subestaciones, transformadores de pedestal, transformadores de potencia de alta tensión, etc. Con diferentes normas y certificaciones internacionales, Daelim Belefic será su proveedor de transformadores de confianza.
