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Transformador rectificador que ofrece una solución para convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC)

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Transformador rectificador

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El transformador rectificador es un transformador diseñado específicamente para suministrar energía de CA a un sistema rectificador, que convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). A diferencia de los transformadores de potencia convencionales, los transformadores rectificadores están diseñados para soportar corrientes armónicas, polarización de CC, cargas desequilibradas y fuertes tensiones térmicas asociadas al funcionamiento del rectificador.

Los transformadores rectificadores se utilizan ampliamente en las industrias electroquímicas, el procesamiento de metales, los accionamientos de motores de CC, los sistemas de energía renovable, la minería, los ferrocarriles y la transmisión de CC de alta tensión (HVDC).

Principio de funcionamiento
El transformador recibe corriente alterna de la red eléctrica y la convierte a la tensión requerida por el rectificador. A continuación, el rectificador, mediante diodos o tiristores, convierte la salida de CA en CC.

El proceso es el siguiente:
1. La corriente alterna de alta tensión entra en el devanado primario.
2. El transformador eleva o reduce la tensión según sea necesario.
3. Los múltiples devanados secundarios pueden proporcionar salidas con desfase.
4. El rectificador convierte la corriente alterna en corriente continua.
5. Los filtros y las bobinas de suavizado reducen la ondulación antes de suministrar la corriente continua a la carga.

Componentes principales
Núcleo magnético
· Núcleo de acero al silicio CRGO de alta calidad
· Construcción del núcleo en escalones superpuestos para reducir las pérdidas y el ruido
· Diseñado para minimizar las pérdidas adicionales causadas por los armónicos

Bobinados
· Conductores de cobre o aluminio
· Sistema de aislamiento de alta resistencia
· Construcción mecánica reforzada para resistir cortocircuitos
· Múltiples bobinados secundarios para sistemas rectificadores multipulso

Sistema de aislamiento
· Aislamiento de papel impregnado en aceite (tipos rellenos de aceite)
·Aislamiento de clase F o clase H (versiones de tipo seco)
·Aislamiento mejorado contra el calentamiento por armónicos

Sistema de refrigeración
Los métodos de refrigeración habituales incluyen:
·ONAN: aceite natural, aire natural
·ONAF: aceite natural, aire forzado
·OFAF: aceite forzado, aire forzado
·OFWF: aceite-aire forzado-agua forzada
·AN: aire natural (tipo seco)
·AF: aire forzado (tipo seco)
Los grandes transformadores rectificadores industriales suelen utilizar refrigeración ONAF, OFAF u OFWF.

Especificaciones técnicas típicas
·Potencia nominal: 100 kVA – 250 MVA
·Tensión primaria: 3,3 kV – 400 kV
·Tensión secundaria: 100 V – 33 kV
·Frecuencia: 50 Hz / 60 Hz
·Salida de CC: Depende de la configuración del rectificador
·Refrigeración: ONAN, ONAF, OFAF, OFWF, AN, AF
·Clase de aislamiento: A, F, H (tipo seco)
·Grupo vectorial: Personalizado para el funcionamiento del rectificador
·Impedancia: Optimizada para el comportamiento armónico

Tipos de transformadores rectificadores
·Transformador rectificador monofásico
·Pequeñas fuentes de alimentación de CC
·Sistemas de carga de baterías
·Equipos de laboratorio
·Transformador rectificador trifásico
·Sistemas rectificadores industriales
·Grandes accionamientos de motores de CC
·Plantas de electrólisis

Transformador rectificador multipulso

Las configuraciones de pulsos más comunes incluyen:
·6 pulsos
·12 pulsos
·18 pulsos
·24 pulsos
·36 pulsos
Un mayor número de pulsos reduce la distorsión armónica y mejora la calidad de la energía.

Características principales
·Diseñado para cargas no lineales
·Alta resistencia al calentamiento por armónicos
·Múltiples devanados secundarios
·Excelente resistencia a los cortocircuitos
·Bajas pérdidas parásitas
·Alta capacidad de sobrecarga
·Regulación estable de la tensión
·Larga vida útil en condiciones industriales exigentes

Aplicaciones
·Plantas de electrólisis (cloro-álcali, producción de hidrógeno)
·Fundición de aluminio
·Obtención electrolítica de cobre y zinc
·Fabricación de acero
·Accionamientos de motores de corriente continua
·Equipos de minería
·Hornos industriales
·Subestaciones de tracción ferroviaria
·Sistemas de carga de baterías
·Sistemas de conversión de energías renovables
·Estaciones convertidoras de corriente continua de alta tensión (HVDC)

Ventajas
·Conversión fiable de CA a CC
·Admite cargas de CC de alta intensidad
·Optimizado para entornos con alto contenido de armónicos
·Mayor eficiencia para aplicaciones de rectificación
·Configuraciones flexibles de tensión y desfase
·Elevada durabilidad mecánica y térmica

Consideraciones de diseño
Los transformadores rectificadores están diseñados para hacer frente a:
·Corrientes armónicas generadas por los rectificadores
·Aumento de las pérdidas por corrientes parásitas y de remolino
·Efectos de magnetización en corriente continua
·Elevada carga térmica
·Requisitos de regulación de tensión
·Fuerzas electromagnéticas durante los cortocircuitos
·Compatibilidad con la configuración de impulsos del convertidor

Normas aplicables

Entre las normas internacionales más comunes se incluyen:
·IEC 60076 – Transformadores de potencia
·IEC 61378 – Transformadores de convertidor
·IEEE C57.18.10 – Prácticas y requisitos para transformadores de rectificadores y de hornos
·IEC 60146 – Convertidores de semiconductores
·Especificaciones industriales propias del cliente

Instalación típica
Una instalación de transformador rectificador suele incluir:
·Aparamenta de alta tensión
·Transformador rectificador
·Puente rectificador de diodos o tiristores
·Reactor de suavizado
·Filtros de armónicos
·Aparamenta de CC
·Relés de protección
·Equipos de refrigeración
·Sistemas de supervisión y control

Resumen
Un transformador rectificador es un transformador diseñado específicamente para suministrar corriente alterna a sistemas rectificadores, lo que permite una conversión eficiente a corriente continua. Su robusto diseño térmico y mecánico, su tolerancia a los armónicos y sus configuraciones de bobinado personalizables lo convierten en un elemento esencial para aplicaciones industriales exigentes, como la electrólisis, el procesamiento de metales, los sistemas de tracción y la CC de alta tensión (HVDC). En comparación con un transformador convencional, ofrece un rendimiento y una fiabilidad superiores al alimentar cargas de CC no lineales.