За да се намали замърсяването от импулсния ток, причинено от пещта с междинна честота, Китай възприе многоимпулсна токоизправителна технология и разработи няколко оборудване за пещ с междинна честота, като 6-импулсни, 12-импулсни и 24-импулсни пещи с междинна честота, но тъй като цената на последното е сравнително висока. Много компании за производство на желязо все още топят метални материали в 6-импулсни пещи с междинна честота и проблемът със замърсяването на околната среда с импулсен ток не може да бъде пренебрегнат.Понастоящем има основно два вида схеми за управление на хармониците на честотната пещ: едната е схемата за управление на облекчението, която е един от методите за отстраняване на текущите хармонични проблеми и е превантивна мярка за предотвратяване на хармониците на междинните честотни индукционни пещи.Въпреки че вторият метод може да се справи с все по-сериозния проблем на хармоничното замърсяване на околната среда по много начини, за използваните в момента индукционни пещи с междинна честота, само първият метод може да се използва за компенсиране на произтичащите хармоници.Тази статия обсъжда принципа на IF пещта и нейните мерки за хармоничен контрол и предлага филтър за активна мощност (APF) за компенсиране и контрол на хармониците в различни етапи на 6-импулсна IF пещ.
Електрически принцип на междинна честотна пещ.
Пещта с междинна честота е бързо и стабилно устройство за нагряване на метал, а основното й оборудване е захранване с междинна честота.Захранването на пещта с междинна честота обикновено приема метода на преобразуване AC-DC-AC, а променливият ток на входната честота на захранването се извежда като променлив ток с междинна честота и промяната на честотата не е ограничена от честотата на електрическата мрежа.Блоковата схема на веригата е показана на фигура 1:
На фигура 1 основната функция на част от инверторната верига е да преобразува трифазния търговски променлив ток на доставчика на електропренос и разпределение в променлив ток, включително захранващата верига на доставчика на електропренос и разпределение, мостов токоизправител верига, филтърна верига и верига за управление на токоизправител.Основната функция на инверторната част е да преобразува променливотоковия ток в еднофазен променлив ток с висока честота (50~10000Hz), включително захранващата верига на инвертора, стартовата захранваща верига и захранващата верига на товара.И накрая, еднофазният средночестотен променлив ток в индукционната намотка в пещта генерира средночестотно променливо магнитно поле, което кара заряда в пещта да генерира индукционна електродвижеща сила, генерира голям вихров ток в заряда и нагрява заряда, за да се стопи.
Хармоничен анализ
Хармониците, инжектирани в електрическата мрежа от захранването с междинна честота, се появяват главно в токоизправителното устройство.Тук вземаме трифазната шестимпулсна мостова токоизправителна верига с пълен контрол като пример за анализиране на съдържанието на хармониците.Пренебрегвайки целия процес на фазово прехвърляне и пулсациите на тока на тиристорната инверторна верига на трифазната верига за освобождаване на продукта, приемайки, че AC страничното съпротивление е нула и AC индуктивността е безкрайна, използвайки метода на анализ на Фурие, отрицателната и положителната половина -вълновите токове могат да бъдат Центърът на кръга се използва като нулева точка на времето и формулата е получена за изчисляване на a-фазното напрежение на AC страната.
Във формулата: Id е средната стойност на постоянния страничен ток на токоизправителната верига.
Може да се види от горната формула, че за 6-импулсна пещ с междинна честота, тя може да генерира голям брой 5-ти, 7-ми, 1-ви, 13-ти, 17-ти, 19-ти и други хармоници, които могат да бъдат обобщени като 6k ± 1 (k е положително цяло число) хармоници, ефективната стойност на всеки хармоник е обратно пропорционална на реда на хармониците, а съотношението към основната ефективна стойност е реципрочната стойност на реда на хармониците.
Структура на веригата на пещта с междинна честота.
Според различните компоненти за съхранение на постоянен ток пещите с междинна честота обикновено могат да бъдат разделени на пещи с междинна честота на ток и пещи с междинна честота на напрежение.Елементът за съхранение на енергия на пещта с междинна честота от текущия тип е голям индуктор, докато елементът за съхранение на енергия на пещта с междинна честота на напрежение е голям кондензатор.Има и други разлики между двете, като например: пещта с междинна честота на тока се управлява от тиристор, резонансната верига на натоварване е паралелен резонанс, докато пещта с междинна честота на напрежение се управлява от IGBT, а резонансната верига на натоварване е сериен резонанс.Основната му структура е показана на фигура 2 и фигура 3.
генериране на хармоници
Така наречените хармоници от висок ред се отнасят до компонентите над цялото кратно на основната честота, получени чрез разлагане на периодичните несинусоидални AC редове на Фурие, обикновено наричани хармоници от висок ред.Честота (50Hz) Компонентът на същата честота.Хармоничните смущения са основен „обществен проблем“, който засяга качеството на захранването на текущата електроенергийна система.
Хармониците намаляват предаването и използването на енергията, прегряват електрическото оборудване, причиняват вибрации и шум, влошават изолационния слой, намаляват експлоатационния живот и причиняват често срещани повреди и изгаряне.Увеличете хармоничното съдържание, изгорете оборудването за компенсация на кондензатора и друго оборудване.В случай, че не може да се използва обезщетение за анулиране, ще бъдат наложени глоби за анулиране и сметките за електроенергия ще се увеличат.Импулсните токове от висок порядък ще причинят неправилно функциониране на устройствата за релейна защита и интелигентните роботи и точното измерване на консумацията на енергия ще бъде объркано.Извън захранващата система хармониците имат голямо влияние върху комуникационното оборудване и електронните продукти.Временното пренапрежение и временното пренапрежение, които генерират хармоници, ще унищожат изолационния слой на машините и оборудването, причинявайки трифазни повреди на късо съединение, а хармоничният ток и напрежение на повредени трансформатори частично ще произведат сериен резонанс и паралелен резонанс в обществената електрическа мрежа , причинявайки големи инциденти с безопасността.
Електрическата пещ с междинна честота е вид захранване с междинна честота, което се преобразува в междинна честота чрез прецизност и инвертор и генерира голям брой вредни хармоници от висок ред в електрическата мрежа.Следователно подобряването на качеството на енергията на пещите с междинна честота се превърна в основен приоритет на научните изследвания.
план за управление
Голям брой връзки за данни на междинни честотни пещи са влошили замърсяването на импулсния ток на електрическата мрежа.Изследването на хармоничното управление на междинни честотни пещи се превърна в спешна задача и беше широко оценено от учените.За да може въздействието на хармониците, генерирани от честотната пещ върху обществената мрежа, да отговаря на изискванията на системата за електроснабдяване и разпределение на оборудването за търговска земя, е необходимо активно да се предприемат мерки за премахване на хармоничното замърсяване.Практическите предпазни мерки са следните.
Първо, трансформаторът използва модел на свързване Y/Y/.В индукционната пещ със средна честота в голямо пространство взривозащитеният превключващ трансформатор приема метода на окабеляване Y/Y/△.Чрез промяна на метода на окабеляване на баласта за комуникация с AC страничния трансформатор, той може да компенсира характерния импулсен ток от висок ред, който не е висок.Но цената е висока.
Второто е да се използва LC пасивен филтър.Основната структура е да се използват кондензатори и реактори в серия, за да се образуват LC серийни пръстени, които са успоредни в системата.Този метод е традиционен и може да компенсира както хармоници, така и реактивни товари.Има проста структура и е широко използван.Ефективността на компенсацията обаче се влияе от характеристичния импеданс на мрежата и работната среда и е лесно да се предизвика паралелен резонанс със системата.Той може да компенсира само импулсни токове с фиксирана честота и ефектът на компенсация не е идеален.
Трето, чрез използване на APF активен филтър, потискането на хармониците от висок ред е сравнително нов метод.APF е устройство за компенсиране на динамичен импулсен ток, с дизайн с висока разделителна способност и висока скорост на реакция, то може да проследява и компенсира импулсни токове с промени в честотата и интензитета, има добра динамична производителност и производителността на компенсацията няма да бъде повлияна от характеристичния импеданс.Ефектът от текущата компенсация е добър, затова е широко ценен.
Филтърът за активна мощност е разработен на базата на пасивно филтриране и неговият филтриращ ефект е отличен.В рамките на обхвата на номиналния си товар по реактивна мощност филтриращият ефект е 100%.
Филтър за активна мощност, т.е. филтър за активна мощност, филтър за активна мощност APF е различен от метода на фиксирана компенсация на традиционния LC филтър и реализира компенсация за динамично проследяване, която може точно да компенсира хармониците и реактивната мощност на размера и честотата.Активният филтър APF принадлежи към серийно оборудване за компенсиране на импулсен ток от висок ред.Той следи тока на натоварване в реално време според външния преобразувател, изчислява компонента на импулсния ток от висок ред в тока на натоварване според вътрешния DSP и извежда сигнала за контролни данни към захранването на инвертора., Инверторното захранване се използва за генериране на хармоничен ток от висок ред със същия размер като хармоничния ток от висок ред на товара, а обратният хармоничен ток от висок ред се въвежда в електрическата мрежа, за да се поддържа активната филтърна функция.
Принцип на работа на APF
Активният филтър Hongyan открива тока на натоварване в реално време чрез външния токов трансформатор CT и извлича хармоничния компонент на тока на натоварване чрез вътрешно DSP изчисление и го преобразува в контролен сигнал в цифровия сигнален процесор.В същото време цифровият сигнален процесор генерира серия от PWM сигнали за широчинно-импулсна модулация и ги изпраща към вътрешния IGBT захранващ модул, като контролира изходната фаза на инвертора да бъде противоположна на посоката на хармоничния ток на товара и тока с еднаква амплитуда двата хармонични тока са точно противоположни един на друг.Отместване, така че да се постигне функцията за филтриране на хармоници.
Технически характеристики на APF
1. Трифазен баланс
2. Компенсация на реактивната мощност, осигуряваща фактор на мощността
3. С функцията за автоматично ограничаване на тока няма да възникне претоварване
4. Хармонична компенсация, може да филтрира 2~50-ия хармоничен ток едновременно
5. Лесен дизайн и избор, трябва само да измерите размера на хармоничния ток
6. Еднофазен динамичен инжекционен ток, който не се влияе от системния дисбаланс
7. Реакция при промени в натоварването в рамките на 40US, общото време за реакция е 10ms (1/2 цикъл)
Филтриращ ефект
Степента на хармонично управление е до 97%, а диапазонът на хармонично управление е широк до 2~50 пъти.
По-безопасен и по-стабилен метод на филтриране;
Водещият разрушителен режим на управление в индустрията, честотата на превключване е висока до 20 KHz, което минимизира загубата на филтриране и значително подобрява скоростта на филтриране и точността на изхода.И той представя безкраен импеданс към мрежовата система, което не влияе на импеданса на мрежовата система;а изходната форма на вълната е точна и безупречна и няма да засегне друго оборудване.
По-силна адаптивност към околната среда
Съвместим с дизелови генератори, подобрявайки способността за резервно захранване;
По-висока толерантност към флуктуации и изкривявания на входното напрежение;
Стандартно устройство за мълниезащита от клас C, подобрява способността да издържа на лоши метеорологични условия;
Приложимият диапазон на околната температура е по-силен, до -20°C~70°C.
Приложения
Основното оборудване на леярска компания е електрическа пещ със средна честота.Електрическата пещ с междинна честота е типичен източник на хармоници, който генерира голям брой хармоници, което кара компенсационния кондензатор да не работи нормално.Или така, температурата на трансформатора достига 75 градуса през лятото, което води до загуба на електрическа енергия и съкращава живота му.
Леярният цех на пещта с междинна честота се захранва от 0,4KV напрежение, а основният й товар е 6-импулсната ректификационна пещ с междинна честота.Токоизправителното оборудване генерира голям брой хармоници, докато преобразува AC в DC по време на работа, което е типичен източник на хармоници;хармоничен ток се инжектира в електрическата мрежа. Хармоничното напрежение се генерира върху импеданса на мрежата, причинявайки изкривяване на напрежението и тока на мрежата, засягайки качеството на електрозахранването и безопасността на работа, увеличавайки загубите в линията и отместването на напрежението и оказвайки отрицателно въздействие върху мрежата и електрическо оборудване на самата фабрика.
1. Характеристичен хармоничен анализ
1) Устройството за коригиране на пещта с междинна честота е 6-импулсно управляемо коригиране;
2) Хармониците, генерирани от токоизправителя, са 6K+1 нечетни хармоници.Серията на Фурие се използва за разлагане и трансформиране на тока.Може да се види, че текущата форма на вълната съдържа 6K±1 по-високи хармоници.Според данните от изпитването на пещта с междинна честота, съдържанието на хармоничния ток на вълната е показано в таблицата по-долу:
По време на работния процес на пещта с междинна честота се генерират голям брой хармоници.Според резултатите от изпитването и изчислението на пещта с междинна честота, характерните хармоници са предимно 5-ти, а 7-ми, 11-ти и 13-ти хармоничен ток са относително големи, а изкривяването на напрежението и тока е сериозно.
2. Хармонична схема за управление
Според действителната ситуация на предприятието, Hongyan Electric е проектирал пълен набор от филтриращи решения за хармонично управление на междинни честотни пещи.Като се има предвид факторът на мощността на натоварване, нуждите от хармонично поглъщане и фоновите хармоници, набор от активни филтриращи устройства е инсталиран на 0,4KV страна с ниско напрежение на трансформатора на предприятието.Хармониците се управляват.
3. Анализ на филтърния ефект
1) Активното филтърно устройство се пуска в действие и автоматично проследява промените на различното оборудване за натоварване на пещта с междинна честота, така че всеки хармоник да може да бъде ефективно филтриран.Избягвайте прегаряне, причинено от паралелен резонанс на кондензаторната батерия и системната верига, и осигурете нормалната работа на шкафа за компенсация на реактивната мощност;
2) Хармоничните токове са ефективно подобрени след лечението.Сериозно са превишени невъведените в експлоатация токове на 5-ти, 7-ми и 11-ти хармоник.Например, токът на 5-та хармоника пада от 312A до около 16A;токът на 7-ма хармоника пада от 153A до около 11A;токът на 11-та хармоника пада от 101A до около 9A;Съответства на националния стандарт GB/T14549-93 „Хармоници на качеството на електроенергията на обществената мрежа“;
3) След хармонично управление температурата на трансформатора се намалява от 75 градуса на 50 градуса, което спестява много електрическа енергия, намалява допълнителните загуби на трансформатора, намалява шума, подобрява товароносимостта на трансформатора и удължава експлоатационен живот на трансформатора;
4) След обработка качеството на електрозахранването на пещта с междинна честота е ефективно подобрено и степента на използване на захранването с междинна честота е подобрена, което е благоприятно за дългосрочната безопасна и икономична работа на системата и подобряването на икономически ползи;
5) Намалете ефективната стойност на тока, протичащ през разпределителната линия, подобрете фактора на мощността и елиминирайте хармониците, протичащи през разпределителната линия, като по този начин значително намалите загубите в линията, намалите повишаването на температурата на разпределителния кабел и подобрите натоварването капацитет на линията;
6) Намаляване на неправилната работа или отказ на контролно оборудване и устройства за релейна защита и подобряване на безопасността и надеждността на захранването;
7) Компенсирайте дисбаланса на трифазния ток, намалете загубата на мед от трансформатора и линията и неутралния ток и подобрете качеството на захранването;
8) След като APF е свързан, той може също така да увеличи капацитета на натоварване на трансформатора и разпределителните кабели, което е еквивалентно на разширяване на системата и намалява инвестицията в разширяването на системата.
Време на публикуване: 13 април 2023 г