Ein Überblick über Ofentransformatoren

I. Was ist ein Ofentransformator?

 

A Ofentransformatorist ein elektrisches Gerät, das die Wechselspannung (AC) regelt, indem es sie entweder erhöht oder verringert, um sie an die Betriebsanforderungen von Systemen auf Ofen---Basis anzupassen. Bei industriellen Metall---Schmelzanwendungen (z. B. für Stahl, Spezialstahl, weißen Korund, elektrolytisches Aluminium) fungiert er als spezialisierter Leistungstransformator, der großen --Strombelastungen und wiederholten mechanischen und thermischen Belastungen durch Lichtbögen standhalten kann, typischerweise mit einer Primärspannung von nicht mehr als 72,5 kV, einer großen Kapazität und der Verwendung von Kohlenstoffstäben als Elektroden. In Haushalten und HVAC-Kontexten wandelt es Hochspannungsstrom in eine niedrigere, sichere Spannung für Ofenkomponenten (wie Thermostate und Zündsysteme) um und ermöglicht so einen effizienten Betrieb durch elektromagnetische Induktion zur Energieübertragung, wobei der Installationsort je nach spezifischem Systemdesign vom Inneren des Ofens bis zu AC-Außengeräten reicht.

 

 

 

Der Ofentransformator fungiert als „Herzstück“ eines Industrieofens. Seine Hauptfunktion besteht darin, die hohe Spannung und den niedrigen Strom des Netzes in die vom Ofen benötigte niedrige Spannung und den hohen Strom umzuwandeln und so präzise und robuste Energie für Prozesse wie Schmelzen, Erhitzen und Raffinieren bereitzustellen. Je nach Ofentyp, Funktionsprinzip und Prozessanforderungen unterscheiden sich Ofentransformatoren erheblich in ihrer Konstruktion und Technologie. Im Folgenden sind einige der am häufigsten verwendeten Typen in der Metallurgie-, Chemie- und Werkstoffindustrie aufgeführt.

Zusammenfassend:Verschiedene Arten von Ofentransformatoren sind Produkte ihrer spezifischen industriellen Prozesse. Sie sind auf ihre Entwurfsparameter (Spannung, Strom, Impedanz), Spannungsregelungsmethoden, Überlastfähigkeit und Betriebsbedingungen spezialisiert. Das richtige Verständnis und die Auswahl des geeigneten Ofentransformators sind entscheidend für die Gewährleistung der Produktionssicherheit, die Verbesserung der Produktqualität und die Reduzierung des Energieverbrauchs.

 

 

Aufgrund der niedrigen Sekundärspannung, des großen Stroms und des breiten Spannungsregelbereichs von Ofentransformatoren (der eine Anpassung vom Maximalwert auf 25 % bis 50 % des Maximalwerts erfordert) unterscheiden sich ihre Methoden zur Spannungsregelung erheblich von denen von Leistungstransformatoren. Die wichtigsten Methoden sind wie folgt:

1. Variable Flussspannungsregelung

Sein Prinzip besteht darin, Spannungsregulierungsabgriffe oder separate Spannungsregulierungswicklungen an der Primärwicklung festzulegen. Wenn die Primärspannung konstant ist, wird die Spannung pro Windung geändert, indem die Anzahl der Windungen der an den Stromkreis angeschlossenen Primärwicklung geändert wird, wodurch sich die Spannung der Sekundärwicklung ändert. Der Kernfluss ändert sich während der Spannungsregelung.

• Merkmale: Einfache Struktur, und die Wicklungen können konzentrisch oder versetzt angeordnet sein. Wenn die Anzahl der Windungen der Anzapfungen der Primärwicklung gleich ist, ist die Stufendifferenz der Sekundärspannung ungleich; Wenn eine gleiche Schrittdifferenz erforderlich ist, muss eine gestapelte Wicklung verwendet werden. Wenn die Sekundärspannung ihr Maximum erreicht, ist der ungenutzte Teil der Primärwicklung anfällig für Spannungsschwankungen, was sich negativ auf die Isolierung auswirkt. Wenn die Sekundärspannung ihr Minimum erreicht, ist die magnetische Kerndichte niedrig, was für Produkte mit einem breiten Spannungsregelbereich unwirtschaftlich ist. Die Situation kann durch die Verwendung der D-Y-Transformation verbessert werden.
• Anwendungsbereich: Kleine und mittelgroße Ofentransformatoren mit einer Primärspannung von 35 kV oder weniger und einem Spannungsregelbereich von weniger als 20 %.

 

2. Spannungsregelung des Reihentransformators

Im Kessel des Haupttransformators wird ein Reihentransformator hinzugefügt. Die Niederspannungswicklungen des Haupttransformators und des Serientransformators sind in Reihe geschaltet. Die Spannung der Hochspannungswicklung des Reihentransformators wird durch die separate Spannungsregulierungswicklung des Haupttransformators geändert, wodurch sich die zusammengesetzte Spannung der Niederspannungswicklungen des Haupttransformators und des Reihentransformators ändert.

• Vorteile: Großer Spannungsregelbereich, und die Stufendifferenz der Sekundärspannung ist gleich, wenn die Anzahl der Stufenumdrehungen gleich ist. Die Primärspannung ist nicht durch den Isolationsgrad des Stufenschalters begrenzt und kann direkt von 63 bis 220 kV herabgestuft werden, wodurch die Notwendigkeit einer Zwischenstation entfällt. Die Kapazität der Spannungsregulierungswicklung ist viel kleiner als die Ausgangskapazität des Ofentransformators, was die Auswahl eines Stufenschalters mit einem hohen Sicherheitsfaktor erleichtert. Die Spannungsregulierungswicklung kann zur Verbesserung des Leistungsfaktors mit einem Kompensationskondensator verbunden werden. Der Haupttransformator arbeitet mit konstantem Fluss, was die Konstruktion von Produkten mit großer Kapazität und großem Spannungsregelbereich wirtschaftlicher macht.
• Nachteile: Komplexe Struktur, zeit-aufwändig in der Herstellung und unbequem in der Wartung. Bei negativen Abgriffen ist der Lastverlust groß, und der Lastverlust bei der minimalen Sekundärspannung unterscheidet sich geringfügig von dem bei der maximalen Sekundärspannung, und der Impedanzspannungsanstieg ist groß.
• Anwendungsbereich: Ofentransformatoren mit einer Leistung von 10.000 kVA oder mehr oder Ofentransformatoren mit einer hohen Primärspannung (63 kV oder mehr).

 

3. Spartransformator-Spannungsregelung

Es besteht aus einem Spartransformator und einem Ofentransformator mit festem Übersetzungsverhältnis, die im selben Tank oder separat installiert werden können, mit einem maximalen Isolationsgrad von 35 kV.

• Merkmale: Der gemeinsame Sternpunkt des Spartransformators muss zuverlässig geerdet sein (wenn die Spannungspegel der Primär- und Sekundärseite unterschiedlich sind); Bei gleichen Spannungspegeln kann es ungeerdet sein. Wenn die Anzahl der Stufenumdrehungen gleich ist, ist die Spannungsstufendifferenz der Niederspannung des Ofentransformators gleich. Die Impedanzänderung ist während des Spannungsregelungsprozesses gering. Für einphasige Produkte kann ein Kern mit drei Schenkeln und ungleichen Querschnitten verwendet werden, wobei ein Schenkel für die Spannungsregelungswicklung des Spartransformators, ein Schenkel für die Wicklung des Ofentransformators und ein Schenkel als gemeinsames Joch dient, was zu einer wirtschaftlicheren Konstruktion führt. Produkte mit großer Kapazität sollten eine separate Struktur haben und die Verbindungsschiene zwischen dem Spartransformator und dem Ofentransformator sollte gekürzt und umschlossen sein, um Schäden am Spartransformator aufgrund des extrem hohen Kurzschlussstroms im Falle eines Kurzschlusses zu verhindern.

 

 

 

 

Ofentransformatoren bestehen aus Hochspannungs-, Spannungsregulierungs- und Niederspannungswicklungen, deren Anordnung den folgenden Grundprinzipien folgt:

 

 

 

 

Aufgrund der Notwendigkeit, sich an die Arbeitsbedingungen von Elektroöfen wie hohe Temperaturen, große Ströme und häufige Spannungsregelung anzupassen, weisen Ofentransformatoren gezielte Unterschiede in der Kernkomponentenstruktur von gewöhnlichen Leistungstransformatoren auf. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Beschreibung der wichtigsten Unterscheidungskomponente.

1. Konjugatkern

• Strukturmerkmal: Der Reaktorkern undTransformatorkernteilen sich ein gemeinsames Joch und bilden ein integriertes „konjugiertes“ Design.
• Unterschied: Der Transformatorkern und der Drosselkern gewöhnlicher Leistungstransformatoren sind meist unabhängige separate Strukturen ohne gemeinsames Joch.
• Konstruktionszweck: Komprimieren Sie das Gesamtvolumen durch das gemeinsame Joch, reduzieren Sie magnetische Leckverluste und verbessern Sie die Kopplungseffizienz des Kernmagnetkreises, um sich an die dynamischen Regulierungsanforderungen von Elektroofenlasten anzupassen.

 

2. Versetzte Wicklungen

Die Wicklungen von Ofentransformatoren weisen ein spezielles versetztes Design auf, das sich von der herkömmlichen Wicklungsmethode unterscheidetLeistungstransformatoren. Sie werden hauptsächlich in zwei Typen unterteilt:

• Direkt -versetzte Wicklungen: Bei der Direktwicklung werden die Leiter abwechselnd in bestimmten Abständen angeordnet und folgen nicht der einheitlichen sequentiellen Wicklungslogik von Leistungstransformatoren.
• Zusammengebaute versetzte Wicklungen: Wicklungen werden in Abschnitten vorgefertigt und dann in Sätzen zusammengebaut, wobei die Wicklungsrichtung und die Position jedes Wicklungsabschnitts abwechselnd verteilt werden.
• Hauptvorteil: Erhöhen Sie die Kurzschlussfestigkeit der Wicklungen, verbessern Sie die Verteilung elektrischer und magnetischer Felder innerhalb der Wicklungen, reduzieren Sie lokale Verluste und passen Sie sich an die Einschaltstrombedingungen beim Anfahren des Elektroofens an.

 

3. Konzentrische Wicklungen (Spezielles Design für Spannungsregelung und Niederspannungswicklungen)

Die konzentrischen Wicklungen von Ofentransformatoren unterscheiden sich erheblich von Leistungstransformatoren hinsichtlich der Strukturformen von Spannungsregelwicklungen und Niederspannungswicklungen:

Spannungsregulierende Wicklungen

• Wicklungstypen: Umfassen vier spezielle Designs: kontinuierlicher Typ, verschachtelter Typ, spiralförmiger Typ und zylindrischer Typ, mit gezielteren Anwendungsszenarien.
• Unterschied: Bei den Spannungsregulierungswicklungen von Leistungstransformatoren handelt es sich hauptsächlich um kontinuierlich arbeitende und für die Lastspannungsregelung konzipierte Strukturen. Die verschachtelten und spiralförmigen spannungsregulierenden Wicklungen von Ofentransformatoren konzentrieren sich mehr auf die Widerstandsfähigkeit gegen Stoßspannung, während der zylindrische Typ die Stabilität des Magnetfelds während der Spannungsregulierung optimiert.
• Anpassungsanforderung: Erfüllen Sie die Anforderungen einer weiten-Bereichs- und häufigen Spannungsregelung beim Schmelzen von Elektroöfen und verbessern Sie die Isolationszuverlässigkeit der Wicklungen.

Nieder-Spannungswicklungen

(1) Besondere Bauarten:

• Doppelscheiben-Niederspannungswicklungen: In Doppelscheibensegmenten gewickelt, mit einer größeren Wärmeableitungsfläche im Vergleich zu den herkömmlichen Niederspannungswicklungen von Leistungstransformatoren.
• Niederspannungswicklungen in „Figure-8“-Form: Die Wicklungen sind in Form einer „8“ verteilt, was den magnetischen Streufluss effektiv reduziert und sich an die Übertragung großer Ströme anpasst.
• Niederspannungswicklungen vom -Plattentyp: Verwenden Sie eine flache -Plattenkonstruktion, reduzieren Sie den Skin-Effekt bei großen Strömen und verbessern Sie die Strombelastbarkeit.

(2) Kernunterschied: Die Niederspannungswicklungen von Leistungstransformatoren sind hauptsächlich zylindrisch und spiralförmig. Die Niederspannungswicklungen von Ofentransformatoren sind alle so konzipiert, dass sie sich an Arbeitsbedingungen mit hohem Strom anpassen, wobei der Schwerpunkt mehr auf geringer Verlustleistung und hoher Wärmeableitungsleistung liegt.

 

4. Nieder-Zuleitungskabel

• Strukturmerkmal: Nieder{0}}Zuleitungsdrähte verwenden Leiter mit großem Querschnitt-, und der Layoutpfad ist für ein Design mit kurzen-Abständen und niedriger-Impedanz optimiert. In einigen Szenarien wird eine Abschirmstruktur verwendet.
• Unterschied: Bei den Niederspannungskabeln von Leistungstransformatoren liegt der Schwerpunkt mehr auf Isolationsschutz und sauberer Verkabelung. Die Niederspannungs-Zuleitungsdrähte von Ofentransformatoren sind hauptsächlich für die „Übertragung großer Ströme“ mit einem größeren Leiterquerschnitt und einer niedrigeren Impedanz optimiert, um den Leitungsverlust zu reduzieren.

 

5. Niederspannungs-Steckdosenklemmen

(1) Sondertypen:

• Kupferplattenklemmen: Hergestellt aus einem einzigen Stück dicker Kupferplatte, mit großer Kontaktfläche, geeignet für die Stromübertragung mittlerer und großer Kapazität.
• Wassergekühlte Kupferrohranschlüsse: Verwenden Sie hohle Kupferrohre als Träger, kombiniert mit einem Wasserkühlsystem, das die durch große Ströme erzeugte Wärme schnell ableiten kann.

(2) Unterschied: Die Niederspannungs-Ausgangsklemmen von Leistungstransformatoren sind meist herkömmliche Kupferschienen oder Schraubklemmen ohne spezielle Wasserkühlung. Die Anschlussstruktur von Ofentransformatoren ist speziell darauf ausgelegt, hohen Strömen und hohen Temperaturen standzuhalten und so die Stabilität der Stromübertragung und die Lebensdauer zu gewährleisten.