Uma visão geral do transformador de forno

I. O que é um transformador de forno?

 

A transformador de fornoé um dispositivo elétrico que regula a tensão de corrente alternada (CA), aumentando ou diminuindo-a, para atender aos requisitos operacionais dos sistemas baseados em fornos -. Em aplicações industriais de fundição de metal - (por exemplo, para aço, aço especial, corindo branco, alumínio eletrolítico), ele funciona como um transformador de potência especializado capaz de suportar grandes - cargas de corrente e tensões mecânicas e térmicas repetidas de arcos elétricos, normalmente apresentando uma tensão primária não superior a 72,5 kV, grande capacidade e utilizando hastes de carbono como eletrodos. Em contextos domésticos e HVAC, ele converte eletricidade de alta - tensão em uma tensão mais baixa e segura para componentes do forno (como termostatos e sistemas de ignição), permitindo uma operação eficiente por meio de indução eletromagnética para transferência de energia, com seu local de instalação variando desde dentro do forno até unidades externas de CA, dependendo do projeto específico do sistema.

 

 

 

O transformador do forno atua como o “coração” de um forno industrial. Sua principal função é converter a alta tensão e a baixa corrente da rede em baixa tensão e alta corrente exigidas pelo forno, fornecendo energia precisa e robusta para processos como fusão, aquecimento e refino. Dependendo do tipo específico de forno, princípio de operação e requisitos de processo, os transformadores de forno variam significativamente em seu design e tecnologia. A seguir estão alguns dos tipos mais amplamente utilizados nas indústrias metalúrgica, química e de materiais.

Resumindo,diferentes tipos de transformadores de forno são produtos de seus processos industriais específicos. Eles são especializados em seus parâmetros de projeto (tensão, corrente, impedância), métodos de regulação de tensão, capacidade de sobrecarga e regimes operacionais. Compreender e selecionar corretamente o transformador de forno apropriado é crucial para garantir a segurança da produção, melhorar a qualidade do produto e reduzir o consumo de energia.

 

 

Devido à baixa tensão secundária, grande corrente e ampla faixa de regulação de tensão dos transformadores de forno (exigindo ajuste do valor máximo para 25% ~ 50% do valor máximo), seus métodos de regulação de tensão são substancialmente diferentes daqueles dos transformadores de potência. Os principais métodos são os seguintes:

1. Regulação de tensão de fluxo variável

Seu princípio é definir derivações de regulação de tensão ou enrolamentos de regulação de tensão separados no enrolamento primário. Quando a tensão primária é constante, a tensão por volta é alterada alterando o número de voltas do enrolamento primário conectado ao circuito, alterando assim a tensão do enrolamento secundário. O fluxo central muda durante a regulação da tensão.

• Características: Estrutura simples, podendo os enrolamentos ser dispostos de forma concêntrica ou escalonada. Quando o número de voltas das derivações do enrolamento primário é igual, a diferença de degrau de tensão secundária é desigual; se for necessária uma diferença de passo igual, um enrolamento empilhado deverá ser usado. Quando a tensão secundária está no máximo, a parte ociosa do enrolamento primário fica sujeita a oscilações de tensão, o que é desfavorável ao isolamento. Quando a tensão secundária está no mínimo, a densidade magnética do núcleo é baixa, o que não é econômico para produtos com uma ampla faixa de regulação de tensão. A situação pode ser melhorada usando a transformação D-Y.
• Escopo de aplicação: Transformadores de fornos de pequeno e médio- porte com tensão primária de 35kV ou inferior e faixa de regulação de tensão inferior a 20%.

 

2. Regulação de tensão do transformador em série

Um transformador em série é adicionado ao tanque do transformador principal. Os enrolamentos de baixa-tensão do transformador principal e do transformador em série são conectados em série. A tensão do enrolamento de alta-tensão do transformador em série é alterada através do enrolamento de regulação de tensão separado do transformador principal, alterando assim a tensão composta dos enrolamentos de baixa-tensão do transformador principal e do transformador em série.

• Vantagens: Ampla faixa de regulação de tensão e a diferença de degrau de tensão secundária é igual quando o número de voltas da torneira é igual. A tensão primária não é limitada pelo nível de isolamento do comutador-de derivação e pode ser reduzida diretamente de 63~220kV, eliminando a necessidade de uma subestação intermediária. A capacidade do enrolamento de regulação de tensão é muito menor que a capacidade de saída do transformador do forno, facilitando a seleção de um comutador-com alto fator de segurança. O enrolamento de regulação de tensão pode ser conectado a um capacitor de compensação para melhorar o fator de potência. O transformador principal opera em fluxo constante, tornando mais econômico o projeto de produtos com grande capacidade e ampla faixa de regulação de tensão.
• Desvantagens: estrutura complexa, demorada-para fabricar e inconveniente para manter. Quando em derivações negativas, a perda de carga é grande, e a perda de carga na tensão secundária mínima é ligeiramente diferente daquela na tensão secundária máxima, e o incremento de tensão de impedância é grande.
• Escopo de aplicação: Transformadores de forno com capacidade igual ou superior a 10000kVA, ou transformadores de forno com alta tensão primária (63kV ou mais).

 

3. Regulação de tensão do autotransformador

É composto por um autotransformador e um transformador de forno com relação de transformação fixa, que podem ser instalados no mesmo tanque ou separadamente, com nível de isolamento máximo de 35kV.

• Características: O ponto neutro comum do autotransformador deve ser aterrado de forma confiável (quando os níveis de tensão dos lados primário e secundário forem diferentes); ele pode ser não aterrado quando os níveis de tensão forem iguais. Quando o número de voltas do tap é igual, a-diferença de degrau de tensão de baixa tensão do transformador do forno é igual. A mudança de impedância é pequena durante o processo de regulação de tensão. Para produtos-monofásicos, um núcleo de três-membros com seções transversais-desiguais pode ser usado, com um membro para o enrolamento de regulação de tensão do autotransformador, um membro para o enrolamento do transformador do forno e um membro como uma forquilha comum, resultando em um projeto mais econômico. Produtos-de grande capacidade devem adotar uma estrutura separada, e o barramento de conexão entre o autotransformador e o transformador do forno deve ser encurtado e fechado para evitar danos ao autotransformador devido à corrente de curto-circuito extremamente grande em caso de curto-circuito.

 

 

 

 

Os transformadores de forno consistem em enrolamentos de alta-tensão, reguladores de-tensão e baixa-tensão, com seu arranjo seguindo estes princípios-chave:

 

 

 

 

Devido à necessidade de adaptação às condições de trabalho dos fornos elétricos, como alta temperatura, grande corrente e regulação frequente de tensão, os transformadores de forno têm como alvo diferenças nas estruturas dos componentes principais dos transformadores de potência comuns. A seguir está uma descrição detalhada do principal componente distintivo.

1. Núcleo Conjugado

• Característica estrutural: O núcleo do reator enúcleo do transformadorcompartilham um jugo comum, formando um design "conjugado" integrado.
• Ponto de diferença: O núcleo do transformador e o núcleo do reator dos transformadores de potência comuns são, em sua maioria, estruturas separadas e independentes, sem um jugo comum.
• Finalidade do projeto: Comprimir o volume geral através do garfo compartilhado, reduzir a perda magnética de vazamento e melhorar a eficiência de acoplamento do circuito magnético central para se adaptar às necessidades de regulação dinâmica das cargas do forno elétrico.

 

2. Enrolamentos escalonados

Os enrolamentos dos transformadores de forno adotam um design escalonado especial, que é diferente do método convencional de enrolamento.transformadores de potência. Eles são divididos principalmente em dois tipos:

• Enrolamentos escalonados-de enrolamento direto: os condutores são dispostos alternadamente em passos específicos durante o enrolamento direto, não seguindo a lógica de enrolamento sequencial uniforme dos transformadores de potência.
• Enrolamentos escalonados montados: Os enrolamentos são pré-fabricados em seções e depois montados em conjuntos, com a direção de enrolamento e a posição de cada seção de enrolamentos distribuídas alternadamente.
• Vantagem principal: aumenta a resistência-de curto-circuito dos enrolamentos, melhora a distribuição de campos elétricos e magnéticos dentro dos enrolamentos, reduz a perda local e adapta-se à condição de corrente de partida durante a inicialização do forno elétrico.

 

3. Enrolamentos Concêntricos (Projeto especial para regulação de tensão e enrolamentos de baixa-tensão)

Os enrolamentos concêntricos dos transformadores de forno apresentam diferenças significativas dos transformadores de potência nas formas estruturais dos enrolamentos reguladores de tensão e dos enrolamentos de baixa-tensão:

Enrolamentos reguladores de tensão

• Tipos de enrolamento: incluem quatro designs especiais: tipo contínuo, tipo intercalado, tipo espiral e tipo cilíndrico, com cenários de aplicação mais direcionados.
• Ponto de diferença: os enrolamentos reguladores de tensão dos transformadores de potência são principalmente do tipo contínuo e estruturas dedicadas à regulação de tensão em-carga. Os enrolamentos de regulação de tensão intercalados e em espiral dos transformadores de forno concentram-se mais em suportar a tensão de impulso, enquanto o tipo cilíndrico otimiza a estabilidade do campo magnético durante a regulação de tensão.
• Requisito de adaptação: atenda às necessidades de regulação de tensão ampla-e frequente durante a fundição de fornos elétricos e melhore a confiabilidade do isolamento dos enrolamentos.

Enrolamentos-de baixa tensão

(1) Tipos estruturais especiais:

• Enrolamentos de-disco duplo-de baixa tensão: enrolados em segmentos-de disco duplo, com uma área de dissipação de calor maior em comparação com os enrolamentos convencionais de baixa-tensão dos transformadores de potência.
• Enrolamentos de baixa tensão em formato de "figura-8": Os enrolamentos são distribuídos em formato de "figura-8", reduzindo efetivamente o fluxo magnético de vazamento e adaptando-se à grande transmissão de corrente.
• Enrolamentos de baixa-tensão do tipo-de placa: adote um projeto estrutural de-placa plana, reduza o efeito de pele sob grandes correntes e melhore a capacidade-de transporte de corrente.

(2) Diferença central: os enrolamentos-de baixa tensão dos transformadores de potência são principalmente do tipo cilíndrico e espiral. Os enrolamentos de baixa-tensão dos transformadores de forno são todos projetados para se adaptarem às condições de trabalho de grandes correntes, concentrando-se mais em baixas perdas e alto desempenho de dissipação de calor.

 

4. Fios condutores de baixa-tensão

• Recurso estrutural: fios condutores de baixa-tensão usam condutores de seção-grande e o caminho do layout é otimizado para um projeto de-distância curta e baixa-impedância. Uma estrutura de blindagem é usada em alguns cenários.
• Ponto de diferença: os fios de baixa-tensão dos transformadores de potência concentram-se mais na proteção do isolamento e na fiação organizada. Os fios condutores de baixa-tensão dos transformadores de forno são otimizados principalmente em torno de "grande transmissão de corrente" com uma seção transversal-do condutor maior e menor impedância para reduzir a perda do fio condutor.

 

5. Terminais de saída-de baixa tensão

(1) Tipos especiais:

• Terminais em placa de cobre: ​​Processados ​​a partir de uma única peça de placa de cobre espessa, com grande área de contato, adequados para transmissão de corrente de média e grande capacidade.
• Terminais de tubo de cobre-resfriados a água: use tubos de cobre ocos como transportador, combinados com um sistema-de resfriamento a água, que pode dissipar rapidamente o calor gerado por grandes correntes.

(2) Ponto de diferença: os terminais de saída-de baixa tensão dos transformadores de potência são, em sua maioria, barras de cobre convencionais ou terminais do tipo parafuso-sem um projeto de resfriamento-de água dedicado. A estrutura terminal dos transformadores de forno é especialmente projetada para suportar condições de trabalho de grandes correntes e altas-temperaturas, garantindo estabilidade de transmissão de corrente e vida útil.