Aujourd'hui, avec l'intégration profonde de la technologie de l'électronique de puissance dans la production industrielle, un transformateur spécial, différent des équipements de distribution conventionnels, joue un rôle de plus en plus important, qui est letransformateur redresseur. La tâche d'un transformateur de puissance ordinaire est de convertir une tension alternative en une autre, tandis que la mission d'un transformateur redresseur est encore plus spéciale - il s'agit d'un transformateur de puissance dédié pour l'équipement redresseur, qui convertit la tension du réseau électrique alternatif en tension alternative requise par le dispositif redresseur et, grâce à la transformation du numéro de phase et de l'angle de phase, produit finalement de l'énergie électrique continue via les composants du redresseur. La grande majorité des sources d’énergie CC utilisées dans l’industrie sont alimentées par des réseaux électriques CA via des transformateurs redresseurs et des équipements redresseurs. Alors, quelles sont les différences essentielles entre les transformateurs redresseurs ettransformateurs de puissance ordinaires? Comment se démarque-t-il avec sa technologie de base de "déphasage multi-impulsions-" dans les applications à haute-puissance telles que l'électrolyse, la traction, la transmission et même la transmission de courant continu à haute tension ?
Partant de la définition de base, les transformateurs redresseurs servent aux systèmes redresseurs. Leurs bornes d'entrée sont connectées au réseau électrique CA et, après transformation de tension interne et disposition des phases, ils produisent plusieurs ensembles de puissance CA avec des phases spécifiques. Ensuite, ils obtiennent une sortie CC fluide grâce à des composants redresseurs tels que des thyristors ou des diodes redresseuses. Ce processus de travail détermine que les transformateurs redresseurs ont une conception complètement différente de celle des transformateurs de puissance. La sortie d'un transformateur redresseur n'est pas une seule onde sinusoïdale, mais nécessite que plusieurs ensembles de tensions alternatives avec des déphasages d'un certain angle soient fournis au pont redresseur - par exemple, dans un système redresseur à 12 impulsions, la sortie des deux enroulements triphasés - du côté vanne diffère d'un angle électrique de 30 degrés ; Dans un système à 24 impulsions, les bobines côté grille des deux transformateurs sont décalées de 7,5 degrés positifs et négatifs, ce qui entraîne une différence de phase de 15 degrés dans la sortie côté vanne. Cette technologie « multi-impulsions déphasées » est la caractéristique principale qui distingue les transformateurs redresseurs des transformateurs ordinaires.
La clé pour comprendre les transformateurs redresseurs est de comprendre la logique inhérente entre le nombre d’impulsions et la technologie de déphasage. Le soi-disant nombre d'impulsions fait référence au nombre de fois où le redresseur émet une pulsation CC au cours d'un cycle de fréquence industrielle. Bien que les systèmes ordinaires de redressement à six impulsions puissent réaliser une conversion AC-DC, ils généreront des courants harmoniques avec des fréquences qui sont des multiples de l'onde fondamentale dans le réseau électrique - ordres harmoniques caractéristiques de 6K ± 1 (c'est-à-dire. 5ème, 7ème, 11ème, 13ème, etc.), provoquant une pollution importante du réseau électrique. Afin de supprimer les harmoniques et d'améliorer la qualité de l'énergie côté réseau, l'industrie adopte généralement l'idée de « multi-impulsions », qui consiste à disposer plusieurs ensembles d'enroulements secondaires avec différentes phases dans le transformateur redresseur, de sorte que leurs multiples d'impulsions soient doublés. En prenant comme exemple la rectification à 12 impulsions, en concevant l'enroulement secondaire comme deux enroulements triphasés, connectés en étoile et connectés en coin, avec une différence de phase de sortie d'exactement 30 degrés, les 5ème et 7ème harmoniques caractéristiques peuvent être éliminées après rectification. Augmenter davantage le nombre d'impulsions à 24 impulsions peut supprimer efficacement les 11e et 13e harmoniques. Dans les applications à haute -puissance telles que l'électrolyse électrochimique de l'aluminium, grâce à des conceptions d'enroulements à déphasage plus complexes-, le nombre d'impulsions du système peut même atteindre 60 impulsions, permettant au système électrique de fonctionner avec une régularité extrêmement élevée et un faible contenu harmonique sous charge nominale. On peut dire que plus le nombre d'impulsions du transformateur redresseur est élevé, meilleures sont les performances de lissage de la sortie CC et moins elle pollue le réseau électrique. Cependant, la complexité de la structure d'enroulement du transformateur correspondante et du traitement de déphasage augmente également de façon exponentielle.
Au niveau de la conception structurelle, les transformateurs redresseurs adoptent généralement deux systèmes d'enroulement principaux : côté réseau et côté vanne. L'enroulement côté réseau est connecté au réseau électrique CA et différentes méthodes de câblage telles que le triangle Yanbian peuvent être utilisées en fonction des exigences de déphasage ; Le côté vanne est l'enroulement secondaire qui alimente le dispositif redresseur, conçu en plusieurs ensembles de sorties en fonction des exigences d'impulsion du système. Pour les produits avec 12 comptes d'impulsions ou plus, une structure d'enroulement axial à double division est couramment utilisée - l'enroulement côté vanne est disposé en deux ou plusieurs groupes de bobines indépendants le long de la direction axiale du noyau de fer, correspondant à différents groupes de connexion. Cette conception garantit non seulement la relation de phase précise entre les enroulements de chaque côté de la vanne, mais maintient également l'impédance de court-circuit -de chaque enroulement du côté réseau aussi cohérente que possible pendant le processus de commutation, équilibrant ainsi la répartition du courant entre les différents bras du pont redresseur. En termes de matériaux et de processus, les enroulements des transformateurs redresseurs sont généralement constitués de fils de cuivre ou de feuilles de cuivre, les bobines de petite capacité adoptent une structure en couches, les bobines de grande capacité adoptent une structure en gâteau pour assurer une ventilation et une dissipation thermique suffisantes, et le noyau de fer est constitué de tôles d'acier au silicium à haute perméabilité empilées ensemble. Après une série de processus tels que le pré-séchage, le revêtement sous vide et le durcissement à chaud, la bobine et le noyau de fer forment une structure globale stable, réduisant considérablement le bruit de fonctionnement et permettant à l'équipement d'avoir une bonne tolérance dans des conditions de surcharge à court terme. En fonction du niveau de puissance et des conditions de fonctionnement, les transformateurs redresseurs peuvent être fabriqués soit de type immergé dans l'huile, soit de type sec -, le premier a de fortes capacités de dissipation thermique et convient à un fonctionnement continu à long terme -dans des sites industriels à haute tension et de grande capacité ; Ce dernier a été largement utilisé dans des endroits soumis à des exigences strictes en matière de sécurité incendie, tels que les espaces souterrains des transports ferroviaires urbains, en raison de ses avantages sans huile et ignifuges.
En examinant la valeur des transformateurs redresseurs du point de vue de la suppression des harmoniques, nous pouvons mieux comprendre leur irremplaçabilité. Les charges de redressement utilisées dans l'industrie électrochimique sont souvent de taille énorme et les courants harmoniques qu'elles génèrent, lorsqu'ils sont injectés dans le réseau électrique, peuvent provoquer une distorsion de la forme d'onde de tension du système, une diminution de la qualité de l'alimentation électrique et même mettre en danger le fonctionnement sûr des équipements de production et de consommation d'énergie dans les cas graves. C’est pourquoi l’industrie les qualifie vivement de « pollution énergétique ». Le transformateur redresseur réduit cette pollution en modifiant la distribution du spectre harmonique à la source -, il utilise une configuration de déphasage entre plusieurs enroulements pour annuler les harmoniques caractéristiques d'ordre inférieur à l'intérieur du transformateur, réduisant ainsi considérablement le contenu des harmoniques d'ordre élevé- injectées dans le réseau électrique et améliorant le facteur de puissance de l'ensemble du système. De plus, l'impédance de court-plus grande dans la conception limite l'impact du courant de court-circuit, tandis que l'effet d'isolation électrique du transformateur isole l'équipement de rectification du réseau, réduisant ainsi l'impact des interférences électromagnétiques sur d'autres équipements fonctionnant en parallèle.
Dans les applications industrielles, la couverture des transformateurs redresseurs couvre presque tous les domaines nécessitant une alimentation CC haute-puissance. L'industrie électrochimique est l'industrie la plus utilisée pour les transformateurs redresseurs. Qu'il s'agisse de réduire l'oxyde d'aluminium en aluminium métallique dans la production électrolytique d'aluminium, d'électrolyser du sel pour produire du chlore et de la soude caustique, ou d'électrolyser de l'eau pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, ils s'appuient tous sur la puissance de sortie CC à courant ultra élevé des transformateurs redresseurs. La demande de courant dans le processus de fusion de l'aluminium est particulièrement étonnante - en prenant comme exemple un transformateur redresseur électrolytique en aluminium à thyristor de très grande capacité de 173 MVA, son courant redressé atteint 2 × 48 kA et la tension continue atteint 1 450 volts. Dans le domaine du transport ferroviaire, les systèmes d'alimentation électrique de traction des métros urbains, des tramways et des tramways utilisent généralement une alimentation CC de 750 volts ou 1 500 volts. Le transformateur redresseur abaisse la tension alternative de 35 kV ou 10 kV et la fournit au dispositif redresseur, fournissant ainsi une énergie d'entraînement continue fiable pour le moteur de traction du train. Dans le domaine de la transmission industrielle, les transformateurs redresseurs fournissent une entrée CC contrôlable pour les convertisseurs de fréquence dans les grands laminoirs en acier, les treuils miniers et les systèmes de propulsion des navires, permettant ainsi un réglage précis de la vitesse du moteur CC. La transmission de courant continu haute tension est un autre scénario d'application haut de gamme des transformateurs redresseurs - dans les stations de conversion, les transformateurs convertisseurs entreprennent la tâche de conversion entre le courant alternatif et le courant continu. Leur niveau de tension peut atteindre ± 800 kV ou même plus, et leur capacité dépasse le gigavolt-ampère, ce qui impose des exigences techniques extrêmement exigeantes en matière de coordination de l'isolation et de systèmes de refroidissement. En outre, divers scénarios tels que la galvanoplastie et le traitement électrique, l'excitation du générateur, la charge des véhicules électriques et le précipitateur électrostatique reposent également sur le support de transformateurs redresseurs, dont on peut dire qu'ils jouent un rôle fondamental irremplaçable dans le système d'alimentation CC de l'industrie moderne.
En termes de sélection des exportations et de certification internationale, le système standard et les éléments de test pour les transformateurs redresseurs sont différents de ceux des transformateurs de puissance ordinaires. Pour les applications de rectification industrielle, les normes de la série CEI 61378 sont des lignes directrices de base reconnues au niveau international, la partie 1 couvrant les transformateurs convertisseurs industriels et la partie 2 ciblant spécifiquement les transformateurs convertisseurs de transmission à courant continu haute tension. Sur le marché nord-américain, la norme ANSI/IEEE C57.18.10 a remplacé la série CEI en tant que directive technique obligatoire. Cette norme est spécifiquement conçue pour les transformateurs redresseurs de puissance à semi-conducteurs et s'applique aux produits de charge spécialisés avec une puissance nominale monophasée -de 100 kW et plus et une puissance nominale triphasée de 100 kW et plus. Il couvre divers scénarios d'application tels que les redresseurs, les onduleurs, les fours à arc et les dispositifs d'entraînement à contrôle de vitesse, et constitue une base importante pour l'examen et l'admission de la sécurité électrique sur les marchés américain et canadien. Les équipes expérimentées du commerce extérieur doivent préparer à l'avance un ensemble complet de rapports d'essais de type IEEE C57.18.10 lors de la promotion de transformateurs redresseurs auprès des clients nord-américains. Cependant, il est souvent difficile de disposer uniquement d'un rapport de test CEI universel pour répondre aux exigences obligatoires des autorités réglementaires locales. Pour le marché de l'UE, si les transformateurs redresseurs sont classés comme équipements électriques basse tension -, ils doivent être équipés de documents de conformité à la directive basse tension et à la directive sur la compatibilité électromagnétique sous le marquage CE, et l'intégrité et le caractère convaincant du rapport d'auto-évaluation - délivré doivent être étayés par des tests élément par élément des normes spécifiques aux redresseurs CEI. Les transformateurs redresseurs dédiés à la traction ferroviaire doivent également être conformes aux dispositions supplémentaires de la norme CEI 60310 pour garantir qu'ils peuvent s'adapter aux cycles de démarrage et d'arrêt fréquents et aux fluctuations de charge à grande échelle-dans les environnements réels du réseau routier.
Dans le contexte de la modernisation des infrastructures électriques mondiales, les perspectives du marché des transformateurs redresseurs continuent de s’élargir. Poussée par de multiples moteurs de croissance tels que l'intégration de nouveaux réseaux énergétiques, les investissements dans les installations de véhicules électriques et l'accélération du transport ferroviaire, la demande de transformateurs spéciaux dépasse progressivement la part des équipements de distribution traditionnels, et les transformateurs redresseurs constituent le maillon central de ce processus technologique. Lorsque les clients vous demandent : « De quel type de système de rectification ai-je réellement besoin ? », cela peut peut-être les guider dans une réflexion plus approfondie : de quel ordre de grandeur sont la tension et le courant continus requis par la charge principale ? Quelle est la pression exercée pour que le système respecte les normes de limite d’harmoniques et de facteur de puissance ? Est-il nécessaire d'avoir plusieurs transformateurs redresseurs fonctionnant en parallèle dans un réseau de redresseurs pour partager la capacité ou générer des nombres d'impulsions plus élevés ? Lorsque toutes ces conditions sont clairement définies, une architecture d'alimentation CC centrée autour d'un transformateur redresseur déphaseur multi-impulsions - est souvent la solution la plus fiable et la plus fiable capable d'équilibrer le lissage d'impulsions multiples et la suppression coordonnée des harmoniques - c'est également la mission industrielle des transformateurs redresseurs.
