Un aperçu du transformateur de four

I. Qu'est-ce qu'un transformateur de four ?

 

A transformateur de fourest un appareil électrique qui régule la tension alternative (AC), en l'augmentant ou en la diminuant, pour répondre aux exigences opérationnelles des systèmes basés sur un four -. Dans les applications industrielles de fusion de métaux - (par exemple, pour l'acier, l'acier spécial, le corindon blanc, l'aluminium électrolytique), il fonctionne comme un transformateur de puissance spécialisé capable de résister à de grandes charges de courant - et aux contraintes mécaniques et thermiques répétées des arcs électriques, présentant généralement une tension primaire ne dépassant pas 72,5 kV, une grande capacité et utilisant des tiges de carbone comme électrodes. Dans les contextes domestiques et CVC, il convertit l'électricité haute tension - en une tension plus basse et sûre pour les composants du four (tels que les thermostats et les systèmes d'allumage), permettant un fonctionnement efficace grâce à l'induction électromagnétique pour le transfert d'énergie, avec son emplacement d'installation allant de l'intérieur du four aux unités AC extérieures en fonction de la conception spécifique du système.

 

 

 

Le transformateur du four agit comme le « cœur » d’un four industriel. Sa fonction principale est de convertir la haute tension et le faible courant du réseau en basse tension et en courant élevé requis par le four, fournissant ainsi une énergie précise et robuste pour des processus tels que la fusion, le chauffage et le raffinage. En fonction du type de four spécifique, du principe de fonctionnement et des exigences du processus, les transformateurs de four varient considérablement dans leur conception et leur technologie. Voici quelques-uns des types les plus largement utilisés dans les industries métallurgiques, chimiques et des matériaux.

En résumé,différents types de transformateurs de four sont le produit de leurs processus industriels spécifiques. Ils sont spécialisés dans leurs paramètres de conception (tension, courant, impédance), méthodes de régulation de tension, capacité de surcharge et régimes de fonctionnement. Comprendre et sélectionner correctement le transformateur de four approprié est crucial pour garantir la sécurité de la production, améliorer la qualité des produits et réduire la consommation d'énergie.

 

 

En raison de la faible tension secondaire, du courant élevé et de la large plage de régulation de tension des transformateurs de four (nécessitant un ajustement de la valeur maximale à 25 % ~ 50 % de la valeur maximale), leurs méthodes de régulation de tension sont sensiblement différentes de celles des transformateurs de puissance. Les principales méthodes sont les suivantes :

1. Régulation de tension à flux variable

Son principe est de placer des prises de régulation de tension ou des enroulements de régulation de tension séparés sur l'enroulement primaire. Lorsque la tension primaire est constante, la tension par tour est modifiée en modifiant le nombre de tours de l'enroulement primaire connecté au circuit, modifiant ainsi la tension de l'enroulement secondaire. Le flux de base change pendant la régulation de tension.

• Caractéristiques: Structure simple, et les enroulements peuvent être disposés de manière concentrique ou en quinconce. Lorsque le nombre de tours des prises de l'enroulement primaire est égal, la différence de pas de tension secondaire est inégale ; si une différence de pas égale est requise, un enroulement empilé doit être utilisé. Lorsque la tension secondaire est maximale, la partie libre de l'enroulement primaire est sujette à des oscillations de tension défavorables à l'isolation. Lorsque la tension secondaire est à son minimum, la densité magnétique du noyau est faible, ce qui n'est pas économique pour les produits dotés d'une large plage de régulation de tension. La situation peut être améliorée en utilisant la transformation D-Y.
• Champ d'application : Transformateurs de four de petite et moyenne taille-avec une tension primaire de 35 kV ou moins et une plage de régulation de tension inférieure à 20 %.

 

2. Régulation de tension du transformateur série

Un transformateur série est ajouté dans la cuve du transformateur principal. Les enroulements basse-tension du transformateur principal et du transformateur série sont connectés en série. La tension de l'enroulement haute -tension du transformateur série est modifiée via l'enroulement de régulation de tension séparé du transformateur principal, modifiant ainsi la tension composite des enroulements basse-tension du transformateur principal et du transformateur série.

• Avantages: Large plage de régulation de tension, et la différence de pas de tension secondaire est égale lorsque le nombre de tours de prise est égal. La tension primaire n'est pas limitée par le niveau d'isolation du changeur de prises-et peut être directement abaissée de 63 à 220 kV, éliminant ainsi le besoin d'une sous-station intermédiaire. La capacité de l'enroulement de régulation de tension est bien inférieure à la capacité de sortie du transformateur du four, ce qui facilite la sélection d'un changeur de prises-avec un facteur de sécurité élevé. L'enroulement de régulation de tension peut être connecté à un condensateur de compensation pour améliorer le facteur de puissance. Le transformateur principal fonctionne à flux constant, ce qui rend plus économique la conception de produits avec une grande capacité et une large plage de régulation de tension.
• Inconvénients : Structure complexe,-prenant du temps à fabriquer et peu pratique à entretenir. Aux prises négatives, la perte de charge est importante et la perte de charge à la tension secondaire minimale est légèrement différente de celle à la tension secondaire maximale, et l'incrément de tension d'impédance est important.
• Champ d'application: Transformateurs de four d'une capacité de 10 000 kVA ou plus, ou transformateurs de four à haute tension primaire (63 kV ou plus).

 

3. Régulation de tension d'autotransformateur

Il se compose d'un autotransformateur et d'un transformateur de four à rapport de transformation fixe, qui peuvent être installés dans la même cuve ou séparément, avec un niveau d'isolation maximum de 35 kV.

• Caractéristiques: Le point neutre commun de l'autotransformateur doit être mis à la terre de manière fiable (lorsque les niveaux de tension des côtés primaire et secondaire sont différents) ; il peut être mis à la terre lorsque les niveaux de tension sont les mêmes. Lorsque le nombre de tours de prise est égal, la différence de pas de tension basse -tension du transformateur du four est égale. Le changement d'impédance est faible pendant le processus de régulation de tension. Pour les produits monophasés-, un noyau à trois-branches avec des sections transversales inégales-peut être utilisé, avec une branche pour l'enroulement de régulation de tension de l'autotransformateur, une branche pour l'enroulement du transformateur du four et une branche comme culasse commune, ce qui donne une conception plus économique. Les produits de grande -capacité doivent adopter une structure séparée, et le bus de connexion entre l'autotransformateur et le transformateur du four doit être raccourci et fermé pour éviter d'endommager l'autotransformateur en raison d'un courant de court-circuit extrêmement important-en cas de court-circuit.

 

 

 

 

Les transformateurs de four sont constitués d'enroulements haute-tension,-régulateurs de tension et basse-tension, leur disposition suivant ces principes clés :

 

 

 

 

En raison de la nécessité de s'adapter aux conditions de travail des fours électriques telles que les températures élevées, les courants importants et la régulation fréquente de la tension, les transformateurs de four ont ciblé des différences dans les structures des composants de base par rapport aux transformateurs de puissance ordinaires. Ce qui suit est une description détaillée de l’élément distinctif clé.

1. Noyau conjugué

• Caractéristique structurelle : Le cœur du réacteur etnoyau de transformateurpartagent un joug commun, formant un design « conjugué » intégré.
• Point de différence : le noyau du transformateur et le noyau du réacteur des transformateurs de puissance ordinaires sont pour la plupart des structures distinctes indépendantes sans culasse commune.
• Objectif de conception : compresser le volume global à travers le joug partagé, réduire les pertes magnétiques de fuite et améliorer l'efficacité de couplage du circuit magnétique central pour s'adapter aux besoins de régulation dynamique des charges du four électrique.

 

2. Enroulements décalés

Les enroulements des transformateurs de four adoptent une conception spéciale en quinconce, différente de la méthode d'enroulement conventionnelle detransformateurs de puissance. Ils sont principalement divisés en deux types :

• Enroulements décalés à enroulement direct : les conducteurs sont disposés en alternance à des pas spécifiques lors de l'enroulement direct, sans suivre la logique d'enroulement séquentiel uniforme des transformateurs de puissance.
• Enroulements décalés assemblés : les enroulements sont préfabriqués en sections puis assemblés en ensembles, le sens d'enroulement et la position de chaque section d'enroulements étant répartis en alternance.
• Avantage principal : améliorez la résistance aux courts-circuits-des enroulements, améliorez la répartition des champs électriques et magnétiques à l'intérieur des enroulements, réduisez les pertes locales et adaptez-vous aux conditions de courant d'appel lors du démarrage du four électrique.

 

3. Enroulements concentriques (Conception spéciale pour la régulation de tension et les enroulements à basse tension-)

Les enroulements concentriques des transformateurs de four présentent des différences significatives par rapport aux transformateurs de puissance dans les formes structurelles des enroulements de régulation de tension et des enroulements basse-tension :

Enroulements de régulation de tension

• Types d'enroulement : comprennent quatre conceptions spéciales : type continu, type entrelacé, type spirale et type cylindrique, avec des scénarios d'application plus ciblés.
• Point de différence : les enroulements de régulation de tension des transformateurs de puissance sont principalement des structures dédiées à la régulation de tension en charge et de type continu. Les enroulements de régulation de tension entrelacés et en spirale des transformateurs de four se concentrent davantage sur la résistance à la tension de choc, tandis que le type cylindrique optimise la stabilité du champ magnétique pendant la régulation de tension.
• Exigence d'adaptation : répondre aux besoins de régulation de tension large-et fréquente pendant la fusion au four électrique, et améliorer la fiabilité de l'isolation des enroulements.

Enroulements basse-tension

(1) Types de structure spéciaux :

• Enroulements à double-disque basse-tension : enroulés en segments à double-disque, avec une zone de dissipation thermique plus grande par rapport aux enroulements basse-tension conventionnels des transformateurs de puissance.
• Enroulements basse tension en forme de « figure - 8 » : les enroulements sont répartis en forme de « figure 8 », réduisant efficacement le flux magnétique de fuite et s'adaptant à la transmission de courant important.
• Enroulements à plaque-basse-tension : adoptez une conception structurelle à plaque plate-, réduisez l'effet de peau sous un courant important et améliorez la capacité de transport de courant-.

(2) Différence fondamentale : les enroulements basse-tension des transformateurs de puissance sont principalement de type cylindrique et spiralé. Les enroulements basse -tension des transformateurs de four sont tous conçus pour s'adapter aux conditions de fonctionnement à courant élevé, en se concentrant davantage sur de faibles pertes et des performances de dissipation thermique élevées.

 

4. Fils de connexion basse-tension

• Caractéristique structurelle : les fils conducteurs basse-tension utilisent des conducteurs à grande section-et le chemin de disposition est optimisé pour une conception à courte-distance et à faible-impédance. Une structure de blindage est utilisée dans certains scénarios.
• Point de différence : les fils conducteurs basse tension-des transformateurs de puissance se concentrent davantage sur la protection de l'isolation et un câblage soigné. Les fils conducteurs basse-tension des transformateurs de four sont principalement optimisés autour d'une "transmission de courant importante" avec une section de conducteur plus grande-et une impédance plus faible pour réduire la perte de fil conducteur.

 

5. Bornes de sortie basse-tension

(1) Types spéciaux :

• Bornes en plaque de cuivre : traitées à partir d'une seule pièce de plaque de cuivre épaisse, avec une grande zone de contact, adaptées à la transmission de courant de moyenne et grande capacité.
• Bornes de tube en cuivre-refroidies à l'eau : utilisez des tubes de cuivre creux comme support, combinés à un système de refroidissement à eau-, qui peut rapidement dissiper la chaleur générée par les courants importants.

(2) Point de différence : les bornes de sortie basse-tension des transformateurs de puissance sont pour la plupart des barres de cuivre conventionnelles ou des bornes de type boulon-sans conception dédiée au refroidissement par eau-. La structure terminale des transformateurs de four est spécialement conçue pour résister à des conditions de travail à courant élevé et à température élevée, garantissant ainsi la stabilité de la transmission du courant et sa durée de vie.