炉内変圧器の概要

I. 炉内変圧器とは何ですか?

 

A 炉変圧器炉 - ベースのシステムの動作要件に合わせて、交流 (AC) 電圧を調整し、昇圧または降圧する電気装置です。工業用金属 - 製錬用途 (鋼、特殊鋼、白色コランダム、電解アルミニウムなど) では、- の大電流負荷と電気アークによる繰り返しの機械的および熱的ストレスに耐えることができる特殊な電力変圧器として機能し、通常は 72.5 kV を超えない一次電圧、大容量、電極として炭素棒を利用することが特徴です。家庭用および HVAC 環境では、高電圧の - 電圧を炉コンポーネント (サーモスタットや点火システムなど) 用のより低い安全な電圧に変換し、エネルギー伝達のための電磁誘導による効率的な動作を可能にします。その設置場所は、特定のシステム設計に応じて、炉内から屋外の AC ユニットまで多岐にわたります。

 

 

 

炉用変圧器は工業炉の「心臓部」の役割を果たします。その主な機能は、グリッドの高電圧と低電流を炉に必要な低電圧と高電流に変換し、溶解、加熱、精製などのプロセスに正確で堅牢な電力を供給することです。特定の炉のタイプ、動作原理、プロセス要件に応じて、炉変圧器の設計と技術は大きく異なります。以下は、冶金、化学、材料産業で最も広く使用されているタイプの一部です。

要約すれば、さまざまなタイプの炉用変圧器は、それぞれ特有の工業プロセスの製品です。これらは、設計パラメータ (電圧、電流、インピーダンス)、電圧調整方法、過負荷容量、および動作体制に特化しています。適切な炉用変圧器を正しく理解して選択することは、生産の安全性を確保し、製品の品質を向上させ、エネルギー消費を削減するために非常に重要です。

 

 

炉用変圧器は二次電圧が低く、電流が大きく、電圧調整範囲が広い（最大値から最大値の25%～50%まで調整が必要）ため、電圧調整方法が電源変圧器とは大きく異なります。主な方法は次のとおりです。

1. 可変磁束電圧調整

その原理は、電圧調整タップを設定するか、一次巻線に電圧調整巻線を分離することです。一次電圧が一定の場合、回路に接続されている一次巻線の巻数を変えることで1巻あたりの電圧が変化し、二次巻線の電圧が変化します。コア磁束は電圧調整中に変化します。

• 特徴：シンプルな構造で、同心円状や千鳥状に巻線を配置することができます。一次巻線タップの巻数が等しい場合、二次電圧ステップ差は等しくありません。等しいステップ差が必要な場合は、積層巻線を使用する必要があります。二次電圧が最大になると、一次巻線のアイドル部分は電圧発振を起こしやすくなり、絶縁には不利になります。二次電圧が最小の場合、コアの磁密度が低くなり、電圧調整範囲が広い製品では不経済になります。この状況は、D-Y 変換を使用することで改善できます。
• 適用範囲: 一次電圧が 35kV 以下、電圧調整範囲が 20% 未満の小型および中型炉用変圧器-。

 

2. 直列変圧器の電圧調整

主変圧器のタンク内に直列変圧器が追加されています。主変圧器と直列変圧器の低圧巻線は直列に接続されています。直列変圧器の高圧巻線の電圧は、主変圧器の個別の電圧調整巻線によって変化し、それによって主変圧器と直列変圧器の低圧巻線の合成電圧が変化します。-。

• 利点：電圧調整範囲が広く、タップ巻数が等しい場合、2次電圧段差も等しくなります。一次電圧はタップ切替器の絶縁レベルによって制限されず、63～220kV に直接降圧できるため、中間変電所が不要になります。-電圧調整巻線の容量は炉用変圧器の出力容量よりもはるかに小さいため、安全率の高いタップ切替器を簡単に選択できます。-電圧調整巻線を補償コンデンサに接続して力率を改善できます。主変圧器は定磁束で動作するため、大容量で広い電圧調整範囲を備えた製品の設計がより経済的になります。
• 短所: 構造が複雑で、製造に時間がかかり、メンテナンスも不便です。{0}}マイナスタップ時は負荷損失が大きく、二次電圧最小時と二次電圧最大時での負荷損失が若干異なり、インピーダンス電圧増加分が大きくなります。
• 適用範囲：容量10000kVA以上の炉内変圧器、または一次電圧が高い（63kV以上）炉内変圧器。

 

3. 単巻変圧器の電圧調整

これは、固定変圧比を備えた単巻変圧器と炉内変圧器で構成されており、同じタンクに設置することも、別々に設置することもでき、最大絶縁レベルは 35kV です。

• 特徴: 単巻変圧器の共通中性点は確実に接地する必要があります (1 次側と 2 次側の電圧レベルが異なる場合)。電圧レベルが同じ場合は接地しなくても構いません。タップのターン数が等しい場合、炉内変圧器の低電圧電圧ステップ差は等しくなります。-電圧調整プロセス中のインピーダンスの変化はわずかです。単相製品の場合、不等断面の 3 つのリム コアを使用できます。1 つのリムを単巻変圧器の電圧調整巻線に、1 つのリムを炉用変圧器の巻線に、もう 1 つのリムを共通のヨークとして使用でき、より経済的な設計になります。大容量製品は別構造とし、単巻変圧器と炉内変圧器間の接続母線を短くして囲い込み、短絡時の非常に大きな短絡電流による単巻変圧器の損傷を防ぐ必要があります。-

 

 

 

 

炉用変圧器は、高電圧巻線、電圧調整巻線、および低電圧巻線-で構成されており、その配置は次の重要な原則に従っています。

 

 

 

 

炉内用変圧器は、高温、大電流、頻繁な電圧調整などの電気炉の使用条件に適応する必要があるため、一般の電源用変圧器とのコア部品構造の違いを狙っています。以下は、キー識別コンポーネントの詳細な説明です。

1. 共役コア

• 構造的特徴：リアクトルコアとトランスコア共通のヨークを共有し、統合された「共役」デザインを形成します。
• 異なる点：通常の電源トランスのトランスコアとリアクトルコアは、共通のヨークを持たず、ほとんどが独立した別個構造となっています。
• 設計目的: 電気炉負荷の動的調整ニーズに適応するために、共有ヨークを通じて全体の体積を圧縮し、漏れ磁気損失を低減し、コア磁気回路の結合効率を向上させます。

 

2. 千鳥巻き

炉内変圧器の巻線は、従来の巻線方式とは異なる特殊な千鳥配置を採用しています。電源変圧器。主に次の 2 つのタイプに分類されます。

• 直接巻き千鳥巻き: 直接巻きでは、電源トランスの均一な順次巻きロジックには従わず、導体が特定のピッチで交互に配置されます。
• 千鳥状に組み立てられた巻線: 巻線はセクションに分けて事前に製造され、その後、巻線の各セクションの巻線方向と位置が交互に配置された状態でセットに組み立てられます。
• 主な利点: 巻線の短絡抵抗を強化し、巻線内の電界と磁界の分布を改善し、局所損失を低減し、電気炉起動時の突入電流条件に適応します。-

 

3. 同心円状の巻線 (電圧調整および低電圧巻線用の特別な設計)

炉内変圧器の同心巻線は、電圧調整巻線と低電圧巻線の構造形式において電力変圧器とは大きく異なります。-

電圧調整巻線

• 巻線タイプ: 連続タイプ、インターリーブ タイプ、スパイラル タイプ、円筒タイプの 4 つの特別な設計が含まれており、よりターゲットを絞ったアプリケーション シナリオを備えています。
• 相違点: 電源変圧器の電圧調整巻線は主に連続型であり、負荷時電圧調整専用の構造となっています。-炉用変圧器のインターリーブおよびスパイラル電圧調整巻線はインパルス電圧への耐性に重点を置いており、円筒形タイプは電圧調整中の磁場の安定性を最適化します。
• 適応要件: 電気炉製錬中の広範囲かつ頻繁な電圧調整のニーズに対応し、巻線の絶縁信頼性を向上させます。{0}

低電圧巻線-

(1) 特殊な構造タイプ:

• ダブル-ディスク低圧-巻線: ダブル-ディスクのセグメントで巻かれており、従来の電源変圧器の-低圧巻線と比較して放熱面積が大きくなります。
• 「8の字」形状の低電圧巻線: 巻線が「8の字」形状に配置され、漏れ磁束を効果的に低減し、大電流伝送に適応します。
• プレート-タイプの低電圧-巻線: 平板-構造設計を採用し、大電流時の表皮効果を低減し、電流容量を向上させます。-

(2) コアの違い: 電源変圧器の低圧巻線は主に円筒形とスパイラル形です。-炉用変圧器の低電圧巻線はすべて、低損失と高放熱性能に重点を置き、大電流の動作条件に適応するように設計されています。

 

4. 低電圧リード線-

• 構造的特徴: 低電圧リード線には大きな断面積の導体が使用されており、レイアウト パスは短距離、低インピーダンス設計に最適化されています。-一部のシナリオではシールド構造が使用されます。
• 異なる点: 電源変圧器の低電圧リード線は、絶縁保護ときれいな配線に重点を置いています。{0}炉用変圧器の低電圧リード線は、主に「大電流伝送」を中心に最適化されており、導体断面積が大きくなり、インピーダンスが低くなり、リード線の損失が低減されます。-

 

5. 低電圧コンセント端子-

(1) 特殊なタイプ:

• 銅板端子：一枚の厚い銅板から加工されており、接触面積が大きく、中・大容量の送電に適しています。
• 水冷銅管端子-: 中空の銅管をキャリアとして使用し、水冷システムと組み合わせて、大電流によって発生した熱を迅速に放散できます。-

(2) 異なる点: 電源変圧器の低電圧コンセント端子は、ほとんどが従来の銅棒またはボルト型端子であり、専用の水冷設計はありません。-炉用変圧器の端子構造は、大電流および高温の動作条件に耐えるように特別に設計されており、電流伝送の安定性と耐用年数が確保されています。-