Чтобы уменьшить загрязнение импульсным током, вызванное печью промежуточной частоты, Китай принял технологию многоимпульсного выпрямителя и разработал несколько печей промежуточной частоты, таких как 6-импульсные, 12-импульсные и 24-импульсные печи промежуточной частоты, но поскольку стоимость последнего относительно высока, многие металлургические компании до сих пор плавят металлические материалы в 6-импульсных печах промежуточной частоты, и нельзя игнорировать проблему загрязнения окружающей среды импульсным током.В настоящее время существует в основном два вида 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 для предотвращения гармоник промежуточных частот. частотные индукционные печи.Хотя второй метод может решить все более серьезную проблему гармонического загрязнения окружающей среды во многих отношениях, для используемых в настоящее время индукционных печей промежуточной частоты можно использовать только первый метод для компенсации возникающих гармоник.В этой статье обсуждается принцип печи ПЧ и ее меры по контролю гармоник, а также предлагается фильтр активной мощности (APF) для компенсации и управления гармониками на разных этапах 6-пульсной 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.Источник питания печи промежуточной частоты обычно использует метод преобразования AC-DC-AC, а входной переменный ток промышленной частоты выводится как переменный ток промежуточной частоты, а изменение частоты не ограничивается частотой электросети.Блок-схема цепи показана на рисунке 1:
На рисунке 1 основной функцией части схемы инвертора является преобразование трехфазного коммерческого переменного тока поставщика услуг по передаче и распределению электроэнергии в переменный ток, включая цепь питания поставщика услуг по передаче и распределению электроэнергии, мостовой выпрямитель. цепь, цепь фильтра и цепь управления выпрямителем.Основной функцией инверторной части является преобразование переменного тока в однофазный высокочастотный переменный ток (50~10000 Гц), включая силовую цепь инвертора, пусковую силовую цепь и силовую цепь нагрузки.Наконец, однофазный переменный ток средней частоты в индукционной катушке в печи создает переменное магнитное поле средней частоты, которое заставляет шихту в печи генерировать индукционную электродвижущую силу, создает большой вихревой ток в шихте и нагревает шихту до плавления.
Гармонический анализ
Гармоники, вводимые в электросеть источником питания промежуточной частоты, в основном возникают в выпрямительном устройстве.Здесь мы берем трехфазную шестиимпульсную схему мостового выпрямителя с полным управлением в качестве примера для анализа содержания гармоник.Пренебрегая всем процессом фазового перехода и пульсацией тока схемы тиристорного инвертора трехфазной цепи выпуска продукта, принимая, что реактивное сопротивление стороны переменного тока равно нулю, а индуктивность переменного тока бесконечна, методом анализа Фурье выделяют отрицательную и положительную половину -волновые токи могут быть Центр круга используется в качестве нулевой точки времени, и выводится формула для расчета напряжения а-фазы на стороне переменного тока.
В формуле: Id – среднее значение тока стороны постоянного тока выпрямительной цепи.
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, что можно суммировать как 6k ± 1 (k является положительным целым числом) гармоник, эффективное значение каждой гармоники обратно пропорционально порядку гармоники, а отношение к основному эффективному значению обратно пропорционально порядку гармоники.
Структура цепи печи промежуточной частоты.
В соответствии с различными компонентами накопления энергии постоянного тока печи промежуточной частоты обычно можно разделить на печи промежуточной частоты тока и печи промежуточной частоты напряжения.Элемент накопления энергии печи промежуточной частоты токового типа представляет собой большой индуктор, в то время как элемент накопления энергии печи промежуточной частоты типа напряжения представляет собой большой конденсатор.Между ними есть и другие различия, такие как: печь промежуточной частоты токового типа управляется тиристором, резонансная цепь нагрузки представляет собой параллельный резонанс, в то время как печь промежуточной частоты напряжения управляется IGBT, а резонансная цепь нагрузки серийный резонанс.Его базовая структура показана на рисунке 2 и рисунке 3.
гармоническая генерация
Так называемые гармоники высокого порядка относятся к компонентам, превышающим целое кратное основной частоты, полученное путем разложения периодического несинусоидального ряда переменного тока Фурье, обычно называемого гармониками высокого порядка.Частота (50 Гц) Компонент той же частоты.Гармонические помехи являются серьезной «общественной помехой», влияющей на качество электроэнергии в существующей энергосистеме.
Гармоники снижают передачу и коэффициент использования энергетики, вызывают перегрев электрооборудования, вызывают вибрацию и шум, ухудшают состояние изоляционного слоя, сокращают срок службы, вызывают распространенные неисправности и перегорание.Увеличение содержания гармоник, перегорание оборудования для компенсации конденсаторов и другого оборудования.В случае, когда компенсация за недействительность не может быть использована, будут наложены штрафы за недействительность, а счета за электроэнергию увеличатся.Импульсные токи высокого порядка вызовут неправильную работу устройств релейной защиты и интеллектуальных роботов, а точное измерение потребляемой мощности будет сорвано.Вне системы электропитания гармоники оказывают большое влияние на коммуникационное оборудование и электронные изделия.Временное перенапряжение и временное перенапряжение, генерирующие гармоники, разрушат изоляционный слой машин и оборудования, вызывая трехфазные короткие замыкания, а гармонический ток и напряжение поврежденных трансформаторов частично вызовут последовательный и параллельный резонанс в сети общего пользования. , вызывая серьезные аварии безопасности.
Электропечь промежуточной частоты представляет собой источник питания промежуточной частоты, который преобразуется в промежуточную частоту с помощью прецизионного преобразователя и генерирует большое количество вредных высших гармоник в энергосистеме.Поэтому улучшение качества электроэнергии печей промежуточной частоты стало главным приоритетом научных исследований.
план управления
Большое количество информационных подключений печей промежуточной частоты усугубило загрязнение электросети импульсными токами.Исследование гармонического управления печами промежуточной частоты стало актуальной задачей и получило широкое признание ученых.Чтобы влияние гармоник, генерируемых частотной печью, на сеть общего пользования соответствовало требованиям системы электроснабжения и распределения для оборудования коммерческих земель, необходимо активно принимать меры по устранению гармонического загрязнения.Практические меры предосторожности следующие.
Во-первых, преобразователь использует схему соединения Y/Y/.В большой индукционной печи средней частоты во взрывозащищенном переключающем трансформаторе используется метод подключения Y/Y/△.Изменяя метод подключения балласта для связи с трансформатором на стороне переменного тока, он может компенсировать характерный импульсный ток высокого порядка, который не является высоким.Но стоимость высока.
Во-вторых, использовать пассивный фильтр LC.Основная структура состоит в использовании последовательно соединенных конденсаторов и реакторов для формирования колец серии LC, которые параллельны в системе.Этот метод является традиционным и может компенсировать как гармоники, так и реактивные нагрузки.Он имеет простую структуру и широко используется.Однако на эффективность компенсации влияет характеристический импеданс сети и рабочая среда, и легко вызвать параллельный резонанс в системе.Он может компенсировать только импульсные токи фиксированной частоты, и эффект компенсации не идеален.
В-третьих, с помощью активного фильтра APF подавление высших гармоник является относительно новым методом.APF представляет собой устройство динамической компенсации импульсного тока, с высокой конструкцией разделения и высокой скоростью отклика, 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 компенсации тока хороший, поэтому он широко ценится.
Фильтр активной мощности разработан на основе пассивной фильтрации, и его фильтрующий эффект превосходен.В диапазоне его номинальной реактивной мощности фильтрующий эффект составляет 100 %.
Фильтр активной мощности, то есть фильтр активной мощности, фильтр активной мощности APF отличается от метода фиксированной компенсации традиционного LC-фильтра и реализует компенсацию динамического отслеживания, которая может точно компенсировать гармоники и реактивную мощность размера и частоты.Активный фильтр APF относится к серийному оборудованию для компенсации импульсного тока высокого порядка.Он отслеживает ток нагрузки в режиме реального времени в соответствии с внешним преобразователем, вычисляет составляющую импульсного тока высокого порядка в токе нагрузки в соответствии с внутренним DSP и выводит сигнал управляющих данных на источник питания инвертора., Источник питания инвертора используется для генерации тока высших гармоник того же размера, что и ток высших гармоник нагрузки, а обратный ток высших гармоник вводится в энергосистему для поддержания активной функции фильтра.
Принцип работы АПФ
Активный фильтр Hongyan определяет ток нагрузки в режиме реального времени через внешний трансформатор тока CT, извлекает гармоническую составляющую тока нагрузки с помощью внутреннего DSP-вычисления 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 на внутренний силовой модуль IGBT, контролируя выходную фазу инвертора, чтобы она была противоположна направлению гармонического тока нагрузки, а ток с одной и той же амплитудой две гармонические токи прямо противоположны друг другу.Смещение, чтобы реализовать функцию фильтрации гармоник.
Технические характеристики АПФ
1. Трехфазный баланс
2. Компенсация реактивной мощности, обеспечивающая коэффициент мощности
3. Функция автоматического ограничения тока исключает перегрузку.
4. Гармоническая компенсация, может одновременно отфильтровывать 2-50-ю гармоники тока.
5. Простой дизайн и выбор, нужно только измерить размер гармонического тока.
6. Однофазный динамический ток инжекции, не зависящий от дисбаланса системы.
7. Реакция на изменение нагрузки в пределах 40US, общее время отклика 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 разрушительного управления в отрасли, частота переключения достигает 20 кГц, что сводит к минимуму потери при фильтрации и значительно повышает скорость фильтрации и точность вывода.И он представляет бесконечный импеданс системы сетки, который не влияет на импеданс системы сетки;а форма выходного сигнала является точной и безупречной и не повлияет на другое оборудование.
Более сильная адаптивность к окружающей среде
Совместимость с дизельными генераторами, улучшающая возможности 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 выше, до -20°C~70°C.
Приложения
Основным оборудованием литейного предприятия является электрическая печь промежуточной частоты.Электропечь промежуточной частоты является типичным источником гармоник, который генерирует большое количество гармоник, что приводит к нарушению нормальной работы компенсационного конденсатора.Или так, летом температура трансформатора достигает 75 градусов, что приводит к перерасходу электроэнергии и сокращению срока его службы.
Литейный цех печи промежуточной частоты питается от напряжения 0,4 кВ, а его основной нагрузкой является 6-импульсная ректификационная печь промежуточной частоты.Выпрямительное оборудование генерирует большое количество гармоник при преобразовании переменного тока в постоянный во время работы, что является типичным источником гармоник;гармонический ток вводится в электросеть. Гармоническое напряжение генерируется на импедансе сети, вызывая искажения напряжения и тока сети, влияя на качество электропитания и безопасность эксплуатации, увеличивая потери в линии и сдвиг 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, представляют собой 6K+1 нечетных гармоник.Ряд Фурье используется для разложения и преобразования тока.Видно, что форма волны тока содержит 6K±1 высших гармоник.Согласно данным испытаний печи промежуточной частоты, содержание гармоник волнового тока показано в таблице ниже:
В процессе работы печи промежуточной частоты генерируется большое количество гармоник.Согласно результатам испытаний и расчетов печи промежуточной частоты, характерными гармониками являются в основном 5-я, а токи 7-й, 11-й и 13-й гармоник относительно велики, а искажения напряжения и тока значительны.
2. Гармоническая схема управления
В соответствии с реальной ситуацией на предприятии, Hongyan Electric разработала полный набор решений по фильтрации для гармонического контроля печей промежуточной частоты.Учитывая коэффициент мощности нагрузки, потребности в поглощении гармоник и фоновых гармоник, на низковольтной стороне трансформатора предприятия 0,4 кВ установлен комплект активных фильтрующих устройств.Гармоники управляются.
3. Анализ эффекта фильтра
1) Активное фильтрующее устройство вводится в действие и автоматически отслеживает изменения различного загрузочного оборудования печи промежуточной частоты, чтобы можно было эффективно отфильтровать каждую гармонику.Избегайте перегорания, вызванного параллельным резонансом батареи конденсаторов и системной цепи, и обеспечьте нормальную работу шкафа компенсации реактивной мощности;
2) Гармонические токи были эффективно улучшены после лечения.Токи 5-й, 7-й и 11-й гармоник, которые не использовались, были серьезно превышены.Например, ток 5-й гармоники падает с 312 А до примерно 16 А;ток 7-й гармоники падает со 153 А до примерно 11 А;ток 11-й гармоники падает со 101 А до примерно 9 А;Соответствует национальному стандарту GB/T14549-93 «Гармоники качества электроэнергии в сети общего пользования»;
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 источника питания печи промежуточной частоты эффективно улучшается, а коэффициент использования источника питания промежуточной частоты улучшается, что способствует долгосрочной безопасной и экономичной работе системы и улучшению экономическая выгода;
5) Уменьшите действующее значение тока, протекающего через распределительную линию, улучшите коэффициент мощности и устраните гармоники, протекающие через распределительную линию, тем самым значительно уменьшив потери в линии, уменьшив повышение температуры распределительного кабеля и улучшив нагрузку. пропускная способность линии;
6) Уменьшить неправильную работу или отказ оборудования управления и устройств релейной защиты, а также повысить безопасность и надежность электроснабжения;
7) компенсировать трехфазный дисбаланс тока, уменьшить медные потери трансформатора и линии и ток нейтрали, а также улучшить качество электроснабжения;
8) После подключения APF можно также увеличить нагрузочную способность трансформатора и распределительных кабелей, что эквивалентно расширению системы и снижает инвестиции в расширение системы.
Время публикации: 13 апреля 2023 г.