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Transformateur pour le domaine de la galvanoplastie

Dans les applications d'alimentation électrique pour l'électrodéposition à haute puissance, la technologie de redressement multi-impulsions combinée à un autotransformateur à déphasage est considérée comme une solution hautement efficace et fiable pour l'atténuation des harmoniques.
Présentation de la solution Sources d'harmoniques Risques liés aux harmoniques Solutions d'atténuation Principe technique Avantages techniques Domaines d'application Conclusion

Aperçu des problèmes d'harmoniques dans les alimentations électrolytiques

Les alimentations électriques pour galvanoplastie sont des équipements électriques cruciaux dans l’industrie de finition de surface. En raison de leur puissance de fonctionnement élevée et de leurs longues heures de fonctionnement, leur impact sur le réseau électrique est significatif.

Les alimentations électriques traditionnelles pour galvanoplastie génèrent souvent une grande quantité de courants harmoniques lors du processus de conversion CA-CC, affectant gravement le système d’alimentation électrique et les équipements associés.

Avec l’amélioration continue de l’automatisation industrielle, les lignes de production de galvanoplastie ont imposé des exigences plus élevées en matière de qualité de l’énergie.
Par conséquent, la manière de contrôler et d’atténuer efficacement les harmoniques générées par les alimentations électriques pour galvanoplastie est devenue une question importante dans la gestion de la qualité de l’énergie en entreprise.

Demande de produit ou solution
Sources d'harmoniques en électroplacage
Les harmoniques proviennent principalement de l'étape de rectification (thyristors).
  • Harmoniques générées par le redressement commandé en phase par thyristors
    Les alimentations électriques traditionnelles pour la galvanoplastie utilisent couramment la technologie de redressement commandé par phase à thyristors. Cette technologie contrôle la tension de sortie en ajustant l'angle d'amorçage du thyristor, mais pendant le fonctionnement, elle prélève du réseau électrique un courant impulsionnel non sinusoïdal, générant un grand nombre d'harmoniques de bas rang, tels que : 5e harmonique, 7e harmonique, 11e harmonique, 13e harmonique. Ces harmoniques provoquent une distorsion sévère de la forme d'onde du courant du réseau, affectant ainsi le fonctionnement stable de l'ensemble du système de distribution électrique.
  • Harmoniques causées par la structure de l'alimentation à découpage
    Ces dernières années, pour améliorer l'efficacité et réduire la taille des équipements, de nombreuses alimentations électrolytiques ont adopté une structure d'alimentation à découpage (redresseur + onduleur IGBT). Cependant, ces systèmes utilisent généralement des circuits de filtrage par condensateur en amont, ce qui entraîne une caractéristique d'impulsion significative dans le courant d'entrée, générant également un contenu harmonique élevé.
Impact des harmoniques sur les réseaux électriques
Ils affectent la qualité du réseau et présentent des risques pour la production industrielle.
  • 1

    Surchauffe de l'équipement et réduction de la durée de vie

    Les courants harmoniques génèrent des pertes supplémentaires dans des équipements tels que les transformateurs, les câbles et les moteurs, entraînant une augmentation de la température des équipements, un vieillissement accéléré de l'isolation et même des dommages aux équipements.
  • 2

    Interférence du système électrique

    Les harmoniques génèrent des interférences électromagnétiques haute fréquence, affectant les systèmes de communication, les systèmes de contrôle automatisé et les équipements électroniques de précision dans l'atelier. Dans les cas graves, cela peut provoquer des dysfonctionnements ou des pannes du système.
  • 3

    Facteur de puissance réduit

    Les harmoniques réduisent le facteur de puissance global du système. Lorsque le facteur de puissance tombe en dessous de la norme de la compagnie d'électricité, l'entreprise peut être contrainte de payer des pénalités supplémentaires sur sa facture d'électricité.
  • 4

    Gaspillage énergétique et risques de sécurité

    Les courants harmoniques sont essentiellement une puissance inefficace, augmentant la consommation d'énergie du système et pouvant provoquer des vibrations du transformateur, une augmentation du bruit et, dans les cas extrêmes, une surchauffe et des risques d'incendie.
Solutions d'atténuation pour l'électroplacage
Méthodes courantes incluant la filtration et la rectification multipulse.
  • Filtres passifs
    Les filtres passifs sont constitués de composants tels que des inductances et des condensateurs. Ils absorbent les harmoniques en fournissant un chemin à faible impédance pour des harmoniques spécifiques.

    Avantages

    • Structure simple
    • Faible coût
    • Haute fiabilité

    Inconvénients

    • Taille plus grande
    • Efficace uniquement pour les harmoniques d’ordre fixe
    • Peut résonner avec l’impédance du système
  • Filtres Actifs de Puissance (FAP)
    Les filtres actifs de puissance utilisent la technologie de l’électronique de puissance pour détecter les harmoniques en temps réel et générer des courants de compensation de même amplitude mais de direction opposée pour annuler les harmoniques.

    Avantages

    • Forte capacité de compensation dynamique
    • L’effet de filtrage peut atteindre plus de 90%

    Inconvénients

    • Coût plus élevé
    • Capacité limitée par les dispositifs de puissance
    • Plus adapté aux applications de petite et moyenne puissance
  • Technologie de redressement multi-impulsions
    La technologie de redressement multi-impulsions convertit l’alimentation triphasée en plusieurs ensembles de tensions avec différents angles de phase via un autotransformateur de déphasage, qui sont ensuite fournis respectivement à plusieurs ponts redresseurs. Les courants harmoniques générés par différents ponts redresseurs s’annulent mutuellement à l’intérieur du transformateur, réduisant ainsi considérablement les courants harmoniques injectés dans le réseau électrique.

    Avantages

    • Supprime les harmoniques à la source de redressement, offrant des performances d’atténuation stables
    • Ne dépend pas d’équipements électroniques de puissance complexes, garantissant une fiabilité élevée du système
    • Améliore le facteur de puissance du système et réduit le risque de pénalités électriques
    • Convient aux systèmes d’alimentation industrielle de haute puissance en fonctionnement continu

    Inconvénients

    • Investissement initial en équipement plus élevé
    • Taille et poids plus importants de l’équipement, nécessitant un espace d’installation suffisant

Principe des autotransformateurs à déphasage et du redressement multi-impulsions

Structure de Redressement Multi-Impulsions

Les structures courantes dans les systèmes de redressement multi-impulsions comprennent :

  • Redressement à 12 impulsions
  • Redressement à 18 impulsions
  • Redressement à 24 impulsions

Prenant l’exemple d’un système de redressement à 24 impulsions, l’autotransformateur déphaseur génère plusieurs ensembles de tensions triphasées avec des différences de phase spécifiques (typiquement **différence de phase de 15°**).
Ces tensions sont respectivement fournies à plusieurs ponts redresseurs pour le redressement.

Principe d’Annulation Harmonique

Les courants harmoniques générés par différents ponts redresseurs, en raison de leurs phases différentes, s’annulent mutuellement lorsqu’ils sont superposés sur le côté primaire du transformateur en utilisant la force magnétomotrice. Par exemple :

  • 5e harmonique
  • 7e harmonique
  • 11e harmonique
  • 13e harmonique

Ces harmoniques inférieures sont considérablement atténuées dans le système, et ce qui pénètre finalement dans le réseau électrique sont principalement des harmoniques supérieures avec des amplitudes plus petites (telles que les 23e et 25e harmoniques), réduisant ainsi considérablement le taux de distorsion harmonique total du système.

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Avantages techniques des autotransformateurs déphaseurs
Suppression des harmoniques à la source, très utilisé dans les grands systèmes.
  • Excellente capacité de suppression des harmoniques
    En utilisant la technologie de redressement multi-impulsions, la distorsion harmonique totale du courant (THDi) du courant d'entrée du système peut généralement être contrôlée entre 5 % et 8 %, répondant ainsi aux exigences des normes de qualité de l'énergie.
  • Taux d'utilisation élevé de la capacité des équipements
    Les autotransformateurs transfèrent la puissance par une combinaison de couplage électromagnétique et de conduction directe. Par rapport aux transformateurs d'isolement traditionnels, leurs besoins en capacité peuvent être réduits d'environ **80 % ou plus**, réduisant ainsi la taille de l'équipement et améliorant l'efficacité du système.
  • Haute fiabilité structurelle
    Cette solution se compose principalement d'un noyau en fer, d'enroulements et d'une structure d'isolation, sans composants électroniques de puissance complexes. Par conséquent, elle présente les avantages suivants : une capacité de surcharge élevée, un fonctionnement stable, une maintenance simple. Elle est idéale pour l'environnement de fonctionnement continu à haute puissance des ateliers de galvanoplastie.
  • Améliorer le facteur de puissance du système
    Grâce à la réduction du contenu harmonique, le facteur de puissance global du système est considérablement amélioré, ce qui permet d'éviter les pénalités de facteur de puissance et de réduire les coûts d'électricité de l'entreprise.
Domaines d'application des autotransformateurs déphaseurs
Adopté dans de nombreux secteurs industriels pour réduire les coûts et pannes.
  • Industrie aérospatiale et de défense
    Traitement de surface des composants clés
  • Industrie de fabrication automobile
    Galvanoplastie des systèmes ABS, amortisseurs, jantes en aluminium, etc.
  • Industrie des machines et équipements
    Renforcement de surface des engins de construction et des équipements miniers
  • Industrie sidérurgique et de construction navale
    Lignes de production continue d'électrodéposition et fabrication de grands composants

Conclusion

Les harmoniques générées par les alimentations électriques pour galvanoplastie proviennent principalement de l’étape de redressement et constituent un facteur important affectant la qualité de l’énergie industrielle.

En employant **la technologie de redressement multi-impulsions et un autotransformateur à déphasage**, une suppression active des harmoniques peut être obtenue du côté de l’alimentation. Les harmoniques générées par différents ponts redresseurs s’annulent mutuellement au sein du système, réduisant considérablement le courant harmonique entrant dans le réseau électrique.

Cette solution offre les avantages suivants :

  • 1. Atténuation harmonique à haute efficacité
  • 2. Haute fiabilité
  • 3. Facteur de puissance élevé
  • 4. Applicable aux scénarios industriels de haute puissance

Par conséquent, dans les applications d’alimentation CC haute puissance telles que la galvanoplastie, l’électrolyse et la métallurgie, la **solution de redressement multi-impulsions avec autotransformateur à déphasage** est devenue une voie technologique importante pour améliorer la qualité de l’énergie et réaliser une production verte.

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