Чтобы уменьшить загрязнение импульсным током, вызванное печами промежуточной частоты, Китай принял технологию многопульсного выпрямителя и разработал несколько печей промежуточной частоты, таких как 6-пульсные, 12-пульсные и 24-пульсные печи промежуточной частоты. Поскольку стоимость последнего относительно высока, многие предприятия по производству чугуна до сих пор плавят металлические материалы в 6-импульсных печах средней частоты, и проблему загрязнения окружающей среды импульсным током нельзя игнорировать.В настоящее время существует в основном два типа схем управления частотными гармониками печи: одна — это схема управления сбросом, которая является одним из методов избавления от текущих проблем с гармониками и является превентивной мерой по предотвращению появления гармоник промежуточного уровня. частотные индукционные печи.Хотя второй метод может решить все более серьезную проблему гармонического загрязнения окружающей среды разными способами, для используемых в настоящее время индукционных печей средней частоты только первый метод может быть использован для компенсации возникающих гармоник.В этой статье обсуждается принцип работы печи ПЧ и меры контроля гармоник в ней, а также предлагается фильтр активной мощности (APF) для компенсации и контроля гармоник на разных стадиях 6-импульсной печи ПЧ.
Электрический принцип печи промежуточной частоты.
Печь промежуточной частоты представляет собой быстрое и стабильное устройство для нагрева металла, а ее основным оборудованием является источник питания промежуточной частоты.В источнике питания печи промежуточной частоты обычно используется метод преобразования переменного тока в постоянный ток, а входной переменный ток промышленной частоты выводится как переменный ток промежуточной частоты, а изменение частоты не ограничивается частотой электросети.Структурная схема показана на рисунке 1:
На рисунке 1 основная функция части инверторной схемы заключается в преобразовании трехфазного коммерческого переменного тока поставщика передачи и распределения электроэнергии в переменный ток, включая цепь питания поставщика передачи и распределения электроэнергии, мостовой выпрямитель. Схема, схема фильтра и схема управления выпрямителем.Основная функция инверторной части — преобразование переменного тока в однофазный высокочастотный переменный ток (50–10 000 Гц), включая силовую цепь инвертора, цепь пускового питания и цепь питания нагрузки.Наконец, однофазный переменный ток средней частоты в индукционной катушке печи создает переменное магнитное поле средней частоты, которое заставляет шихту в печи генерировать индукционную электродвижущую силу, создает в шихте большой вихревой ток и нагревает шихту до плавления.
Гармонический анализ
Гармоники, вносимые в электросеть источником питания промежуточной частоты, в основном возникают в выпрямительном устройстве.Здесь мы возьмем трехфазную шестипульсную мостовую схему полного управления в качестве примера для анализа содержания гармоник.Пренебрегая всем процессом фазового переноса и пульсацией тока тиристорно-инверторной цепи трехфазной цепи выпуска продукта, полагая, что реактивное сопротивление стороны переменного тока равно нулю, а индуктивность переменного тока бесконечна, методом анализа Фурье, отрицательная и положительная половины -волновые токи могут быть Центр круга используется в качестве нулевой точки времени, и формула выводится для расчета напряжения а-фазы на стороне переменного тока.
В формуле: Id – среднее значение постоянного тока цепи выпрямителя.
Из приведенной формулы видно, что для 6-импульсной печи промежуточной частоты она может генерировать большое количество 5-й, 7-й, 1-й, 13-й, 17-й, 19-й и других гармоник, которые можно суммировать как 6k ± 1 (k положительное целое число) гармоник, эффективное значение каждой гармоники обратно пропорционально порядку гармоники, а отношение к основному эффективному значению является обратной величиной порядка гармоники.
Структура схемы печи промежуточной частоты.
В соответствии с различными компонентами хранения энергии постоянного тока печи промежуточной частоты обычно можно разделить на печи промежуточной частоты тока и печи промежуточной частоты типа напряжения.Элементом накопления энергии печи промежуточной частоты тока типа является большой индуктор, а элементом накопления энергии печи промежуточной частоты типа напряжения является большой конденсатор.Между ними есть и другие различия, такие как: печь промежуточной частоты тока управляется тиристором, схема резонанса нагрузки является параллельным резонансом, тогда как печь промежуточной частоты типа напряжения управляется IGBT, а схема резонанса нагрузки последовательный резонанс.Его базовая структура показана на рисунках 2 и 3.
генерация гармоник
Так называемые гармоники высокого порядка относятся к компонентам, превышающим целое кратное основной частоты, полученным путем разложения периодического несинусоидального ряда Фурье переменного тока, обычно называемого гармониками высокого порядка.Частота (50 Гц) Компонент той же частоты.Гармонические помехи являются основным «неприятным явлением для общества», которое влияет на качество электроэнергии в существующей энергосистеме.
Гармоники снижают передачу и использование электроэнергии, вызывают перегрев электрооборудования, вызывают вибрацию и шум, ухудшают изоляционный слой, сокращают срок службы, вызывают распространенные неисправности и перегорания.Увеличьте содержание гармоник, сожгите оборудование для компенсации конденсаторов и другое оборудование.В случае, если компенсация за недействительность не может быть использована, будут начислены штрафы за недействительность и вырастут счета за электроэнергию.Импульсные токи высокого порядка приведут к неправильной работе устройств релейной защиты и интеллектуальных роботов, а точное измерение потребляемой мощности будет затруднено.За пределами системы электропитания гармоники оказывают большое влияние на оборудование связи и электронные изделия.Временное перенапряжение и временное перенапряжение, генерирующее гармоники, разрушают изоляционный слой машин и оборудования, вызывая трехфазные короткие замыкания, а гармонический ток и напряжение поврежденных трансформаторов частично вызывают последовательный и параллельный резонанс в общественной электросети. , вызывая крупные несчастные случаи.
Электропечь промежуточной частоты представляет собой своего рода источник питания промежуточной частоты, который преобразуется в промежуточную частоту с помощью прецизионного преобразователя и генерирует большое количество вредных гармоник высокого порядка в электросети.Поэтому улучшение качества электроэнергии печей средней частоты стало главным приоритетом научных исследований.
план управления
Большое количество подключений печей промежуточной частоты усугубило загрязнение электросети импульсными токами.Исследование гармонического управления печами средней частоты стало актуальной задачей и получило широкую оценку ученых.Чтобы воздействие гармоник, генерируемых частотной печью, на общественную сеть соответствовало требованиям системы электроснабжения и распределения оборудования коммерческих земель, необходимо активно принимать меры по устранению гармонического загрязнения.Практические меры предосторожности заключаются в следующем.
Во-первых, трансформатор использует схему соединения Y/Y/.В большой индукционной печи средней частоты взрывозащищенный переключающий трансформатор использует метод подключения Y/Y/△.Изменив метод подключения балласта для связи с трансформатором на стороне переменного тока, можно компенсировать небольшой характерный импульсный ток высокого порядка.Но стоимость высока.
Второй – использовать пассивный LC-фильтр.Основная конструкция заключается в последовательном использовании конденсаторов и реакторов для формирования колец серии LC, которые параллельны в системе.Этот метод является традиционным и позволяет компенсировать как гармоники, так и реактивные нагрузки.Он имеет простую структуру и широко используется.Однако на эффективность компенсации влияют характеристическое сопротивление сети и рабочей среды, и в системе легко вызвать параллельный резонанс.Он может компенсировать только импульсные токи фиксированной частоты, и эффект компенсации не идеален.
В-третьих, при использовании активного фильтра APF подавление гармоник высокого порядка является относительно новым методом.APF - это устройство динамической компенсации импульсного тока с высокой перегородкой и высокой скоростью реагирования. Оно может отслеживать и компенсировать импульсные токи с изменениями частоты и интенсивности, имеет хорошие динамические характеристики, а характеристическое сопротивление не влияет на характеристики компенсации.Эффект от нынешней компенсации хороший, поэтому она широко ценится.
Фильтр активной мощности разработан на основе пассивной фильтрации и имеет превосходный фильтрующий эффект.В диапазоне номинальной реактивной мощности эффект фильтрации составляет 100%.
Фильтр активной мощности, то есть фильтр активной мощности, фильтр активной мощности APF отличается от метода фиксированной компенсации традиционного LC-фильтра и реализует динамическую компенсацию отслеживания, которая может точно компенсировать гармоники и реактивную мощность размера и частоты.Активный фильтр APF относится к устройствам компенсации импульсного тока последовательного типа.Он контролирует ток нагрузки в реальном времени по данным внешнего преобразователя, вычисляет старшую составляющую импульсного тока в токе нагрузки по данным внутреннего DSP и выводит сигнал управляющих данных на источник питания инвертора.Инверторный источник питания используется для генерации тока высших гармоник того же размера, что и ток высших гармоник нагрузки, а обратный ток высших гармоник вводится в электросеть для поддержания функции активного фильтра.
Принцип работы АПФ
Активный фильтр Hongyan обнаруживает ток нагрузки в реальном времени через внешний трансформатор тока CT, извлекает гармоническую составляющую тока нагрузки посредством внутреннего расчета DSP и преобразует ее в управляющий сигнал в цифровом сигнальном процессоре.В то же время процессор цифровых сигналов генерирует серию сигналов широтно-импульсной модуляции ШИМ и отправляет их во внутренний модуль питания IGBT, управляя выходной фазой инвертора так, чтобы она была противоположна направлению гармонического тока нагрузки, а ток при одинаковой амплитуде два гармонических тока противоположны друг другу.Смещение, чтобы обеспечить функцию фильтрации гармоник.
Технические характеристики АПФ
1. Трехфазный баланс
2. Компенсация реактивной мощности, обеспечивающая коэффициент мощности.
3. Благодаря функции автоматического ограничения тока перегрузка не произойдет.
4. Компенсация гармоник, возможность одновременной фильтрации 2–50-й гармоники тока.
5. Простая конструкция и выбор, нужно только измерить размер гармонического тока.
6. Однофазный динамический ток, не зависящий от дисбаланса системы.
7. Реакция на изменения нагрузки в пределах 40US, общее время отклика составляет 10 мс (1/2 цикла).
Эффект фильтрации
Уровень контроля гармоник достигает 97%, а диапазон контроля гармоник составляет от 2 до 50 раз.
Более безопасный и стабильный метод фильтрации;
Ведущий режим прерывающего управления в отрасли, частота переключения достигает 20 кГц, что сводит к минимуму потери при фильтрации и значительно повышает скорость фильтрации и точность выходного сигнала.И он представляет бесконечный импеданс для сетевой системы, который не влияет на импеданс сетевой системы;Форма выходного сигнала точная и безупречная и не повлияет на другое оборудование.
Более сильная адаптация к окружающей среде
Совместим с дизель-генераторами, улучшая возможности шунтирования резервного питания;
Более высокая устойчивость к колебаниям и искажениям входного напряжения;
Стандартное устройство молниезащиты класса C, улучшающее способность противостоять плохим погодным условиям;
Применимый диапазон температуры окружающей среды более широк, до -20°C~70°C.
Приложения
Основным оборудованием литейного предприятия является электропечь средней частоты.Электропечь промежуточной частоты является типичным источником гармоник, который генерирует большое количество гармоник, из-за чего компенсационный конденсатор не работает нормально.Или около того, температура трансформатора летом достигает 75 градусов, что приводит к перерасходу электроэнергии и сокращению срока ее службы.
Литейный цех печи промежуточной частоты питается напряжением 0,4 кВ, а его основной нагрузкой является 6-импульсная печь промежуточного выпрямления.Выпрямительное оборудование генерирует большое количество гармоник при преобразовании переменного тока в постоянный во время работы, что является типичным источником гармоник;Гармонический ток подается в электросеть. Гармоническое напряжение генерируется на сопротивлении сети, вызывая искажения напряжения и тока сети, влияя на качество электроснабжения и безопасность эксплуатации, увеличивая потери в линии и смещение напряжения, а также оказывая негативное влияние на сеть и электрооборудование самого завода.
1. Характеристический гармонический анализ
1) Выпрямительное устройство печи промежуточной частоты – 6-импульсное управляемое выпрямление;
2) Гармоники, генерируемые выпрямителем, составляют 6K+1 нечетных гармоник.Ряд Фурье используется для разложения и преобразования тока.Видно, что сигнал тока содержит 6K±1 высших гармоник.Согласно данным испытаний печи промежуточной частоты, содержание гармонического волнового тока показано в таблице ниже:
В процессе работы печи промежуточной частоты генерируется большое количество гармоник.Согласно результатам испытаний и расчетов печи промежуточной частоты, характеристическими гармониками являются в основном 5-я, а токи 7-й, 11-й и 13-й гармоник относительно велики, а искажения напряжения и тока являются серьезными.
2. Гармоническая схема управления.
В соответствии с реальной ситуацией на предприятии компания Hongyan Electric разработала полный набор решений по фильтрации для гармонического контроля печей промежуточной частоты.С учетом коэффициента мощности нагрузки, потребности в поглощении гармоник и фоновых гармоник на низковольтной стороне трансформатора предприятия 0,4 кВ устанавливается комплект активных фильтрующих устройств.Гармоники регулируются.
3. Анализ эффекта фильтра
1) Активное фильтрующее устройство вводится в эксплуатацию и автоматически отслеживает изменения нагрузки различного оборудования печи промежуточной частоты, так что каждая гармоника может быть эффективно отфильтрована.Избегайте перегорания, вызванного параллельным резонансом батареи конденсаторов и схемы системы, и обеспечьте нормальную работу шкафа компенсации реактивной мощности;
2) Гармонические токи были эффективно улучшены после лечения.Серьезно превышались не введенные в эксплуатацию токи 5-й, 7-й и 11-й гармоник.Например, ток 5-й гармоники падает с 312 А примерно до 16 А;ток 7-й гармоники падает со 153А примерно до 11А;ток 11-й гармоники падает со 101А примерно до 9А;Соответствует национальному стандарту GB/T14549-93 «Гармоники качества электроэнергии в общественной сети»;
3) После гармонического контроля температура трансформатора снижается с 75 градусов до 50 градусов, что экономит много электроэнергии, снижает дополнительные потери трансформатора, снижает шум, улучшает нагрузочную способность трансформатора и продлевает срок службы. срок службы трансформатора;
4) После обработки качество электропитания печи промежуточной частоты эффективно улучшается, а коэффициент использования источника питания промежуточной частоты улучшается, что способствует долгосрочной безопасной и экономичной эксплуатации системы и улучшению экономическая выгода;
5) Уменьшите эффективное значение тока, протекающего через распределительную линию, улучшите коэффициент мощности и устраните гармоники, проходящие через распределительную линию, тем самым значительно уменьшив потери в линии, уменьшив повышение температуры распределительного кабеля и улучшив нагрузку. пропускная способность линии;
6) Уменьшить сбои в работе или отказы контрольно-измерительного оборудования и устройств релейной защиты, а также повысить безопасность и надежность электроснабжения;
7) Компенсируйте трехфазный дисбаланс тока, уменьшите потери в меди трансформатора, линии и нейтрального тока, а также улучшите качество электроснабжения;
8) После подключения APF также можно увеличить нагрузочную способность трансформатора и распределительных кабелей, что эквивалентно расширению системы и снижает инвестиции в расширение системы.
Время публикации: 13 апреля 2023 г.