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Trasformatore raddrizzatore che offre una soluzione per la conversione della corrente alternata (CA) in corrente continua (CC)

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Trasformatore raddrizzatore

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Il trasformatore raddrizzatore è un trasformatore appositamente progettato per fornire alimentazione in corrente alternata (CA) a un sistema raddrizzatore, che converte la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). A differenza dei trasformatori di potenza convenzionali, i trasformatori raddrizzatori sono progettati per resistere alle correnti armoniche, alla polarizzazione in CC, ai carichi sbilanciati e alle forti sollecitazioni termiche associate al funzionamento del raddrizzatore.

I trasformatori raddrizzatori sono ampiamente utilizzati nell’industria elettrochimica, nella lavorazione dei metalli, negli azionamenti di motori a corrente continua, nei sistemi di energia rinnovabile, nell’industria mineraria, nel settore ferroviario e nella trasmissione HVDC.

Principio di funzionamento
Il trasformatore riceve la corrente alternata dalla rete elettrica e la converte nella tensione richiesta dal raddrizzatore. Il raddrizzatore, utilizzando diodi o tiristori, converte quindi l’uscita in corrente alternata in corrente continua.

Il processo è il seguente:
1. La corrente alternata ad alta tensione entra nell’avvolgimento primario.
2. Il trasformatore aumenta o riduce la tensione a seconda delle necessità.
3. Avvolgimenti secondari multipli possono fornire uscite sfasate.
4. Il raddrizzatore converte la corrente alternata in corrente continua.
5. I filtri e le bobine di livellamento riducono l’ondulazione prima di alimentare il carico in corrente continua.

Componenti principali
Nucleo magnetico
· Nucleo in acciaio al silicio CRGO di alta qualità
· Struttura del nucleo a sovrapposizione graduale per ridurre perdite e rumore
· Progettato per minimizzare le perdite aggiuntive causate dalle armoniche

Avvolgimenti
·Conduttori in rame o alluminio
·Sistema di isolamento per impieghi gravosi
·Struttura meccanica rinforzata per la resistenza ai cortocircuiti
·Avvolgimenti secondari multipli per sistemi raddrizzatori multipulso

Sistema di isolamento
·Isolamento in carta impregnata d’olio (tipi a bagno d’olio)
·Isolamento di Classe F o Classe H (versioni a secco)
·Isolamento potenziato contro il surriscaldamento dovuto alle armoniche

Sistema di raffreddamento
I metodi di raffreddamento tipici includono:
·ONAN – Olio naturale, aria naturale
·ONAF – Olio naturale, aria forzata
·OFAF – Olio forzato, aria forzata
·OFWF – Olio, aria forzata, acqua forzata
·AN – Aria naturale (tipo a secco)
·AF – Aria forzata (tipo a secco)
I grandi trasformatori raddrizzatori industriali utilizzano tipicamente il raffreddamento ONAF, OFAF o OFWF.

Specifiche tecniche tipiche
·Potenza nominale: 100 kVA – 250 MVA
·Tensione primaria: 3,3 kV – 400 kV
·Tensione secondaria: 100 V – 33 kV
·Frequenza: 50 Hz / 60 Hz
·Uscita CC: dipende dalla configurazione del raddrizzatore
·Raffreddamento: ONAN, ONAF, OFAF, OFWF, AN, AF
·Classe di isolamento: A, F, H (tipo a secco)
·Gruppo vettoriale: personalizzato per il funzionamento del raddrizzatore
·Impedenza: ottimizzata per le prestazioni armoniche

Tipi di trasformatori per raddrizzatori
·Trasformatore per raddrizzatore monofase
·Piccoli alimentatori in corrente continua
·Sistemi di ricarica delle batterie
·Apparecchiature di laboratorio
·Trasformatore per raddrizzatore trifase
·Sistemi di raddrizzamento industriali
·Grandi azionamenti per motori in corrente continua
·Impianti di elettrolisi

Trasformatore per raddrizzatori multipulso

Le configurazioni di impulso più comuni includono:
·6 impulsi
·12 impulsi
·18 impulsi
·24 impulsi
·36 impulsi
Un numero maggiore di impulsi riduce la distorsione armonica e migliora la qualità dell’energia.

Caratteristiche principali
·Progettato per carichi non lineari
·Elevata resistenza al surriscaldamento armonico
·Avvolgimenti secondari multipli
·Eccellente resistenza ai cortocircuiti
·Basse perdite parassite
·Elevata capacità di sovraccarico
·Regolazione stabile della tensione
·Lunga durata in condizioni industriali gravose

Applicazioni
·Impianti di elettrolisi (cloro-soda, produzione di idrogeno)
·Fusione dell’alluminio
·Elettroestrazione di rame e zinco
·Produzione di acciaio
·Azionamenti per motori a corrente continua
·Attrezzature minerarie
·Forni industriali
·Sottostazioni di trazione ferroviaria
·Sistemi di ricarica delle batterie
·Sistemi di conversione dell’energia rinnovabile
·Stazioni di conversione in corrente continua ad alta tensione (HVDC)

Vantaggi
·Conversione affidabile della potenza da CA a CC
·Supporta carichi in corrente continua ad alta intensità
·Ottimizzato per ambienti con elevata presenza di armoniche
·Maggiore efficienza per applicazioni con raddrizzatori
·Configurazioni flessibili di tensione e sfasamento
·Elevata resistenza meccanica e termica

Considerazioni progettuali
I trasformatori per raddrizzatori sono progettati per far fronte a:
·Correnti armoniche generate dai raddrizzatori
·Aumento delle perdite per correnti parassite e per correnti indotte
·Effetti di magnetizzazione in corrente continua
·Elevato carico termico
·Requisiti di regolazione della tensione
·Forze elettromagnetiche durante i cortocircuiti
·Compatibilità con la configurazione degli impulsi del convertitore

Norme applicabili

Tra le norme internazionali più diffuse figurano:
·IEC 60076 – Trasformatori di potenza
·IEC 61378 – Trasformatori per convertitori
·IEEE C57.18.10 – Pratiche e requisiti per trasformatori per raddrizzatori e forni
·IEC 60146 – Convertitori a semiconduttori
·Specifiche industriali personalizzate

Installazione tipica
Un’installazione con trasformatore raddrizzatore comprende tipicamente:
·Quadri di commutazione ad alta tensione
·Trasformatore raddrizzatore
·Ponte raddrizzatore a diodi o tiristori
·Reattore di livellamento
·Filtri armonici
·Quadri di commutazione in corrente continua
·Relè di protezione
·Apparecchiature di raffreddamento
·Sistemi di monitoraggio e controllo

Sintesi
Un trasformatore raddrizzatore è un trasformatore appositamente progettato per fornire alimentazione in corrente alternata ai sistemi di raddrizzamento, consentendo un’efficiente conversione in corrente continua. Il suo robusto design termico e meccanico, la tolleranza alle armoniche e le configurazioni personalizzabili degli avvolgimenti lo rendono indispensabile per applicazioni industriali esigenti quali l’elettrolisi, la lavorazione dei metalli, i sistemi di trazione e la trasmissione HVDC. Rispetto a un trasformatore convenzionale, offre prestazioni e affidabilità superiori nell’alimentazione di carichi in corrente continua non lineari.