Щоб зменшити забруднення імпульсним струмом, спричинене піччю проміжної частоти, Китай запровадив технологію багатоімпульсного випрямляча та розробив декілька обладнання для печей проміжної частоти, наприклад 6-імпульсну, 12-і 24-імпульсну печі проміжної частоти, але Оскільки вартість останнього є відносно високою, багато компаній з виробництва чавуну все ще плавлять металеві матеріали в 6-імпульсних печах середньої частоти, і проблему забруднення навколишнього середовища імпульсним струмом не можна ігнорувати.В даний час існує в основному два типи схем управління частотними гармоніками печі: одна - це схема управління рельєфом, яка є одним із методів позбавлення від поточних гармонічних проблем, і є превентивним заходом для запобігання гармонікам проміжних частотні індукційні печі.Хоча другий метод може вирішити дедалі серйознішу проблему гармонійного забруднення навколишнього середовища багатьма способами, для індукційних печей середньої частоти, які зараз використовуються, лише перший метод може бути використаний для компенсації результуючих гармонік.У цьому документі обговорюється принцип ПЧ-печі та її заходи контролю гармоній, а також пропонується фільтр активної потужності (APF) для компенсації та контролю гармонік на різних етапах 6-імпульсної ПЧ-печі.
Електричний принцип роботи печі середньої частоти.
Піч середньої частоти є швидким і стабільним пристроєм для нагріву металу, а її основним обладнанням є джерело живлення середньої частоти.Джерело живлення печі проміжної частоти зазвичай використовує метод перетворення AC-DC-AC, а вхідний змінний струм частоти живлення виводиться як змінний струм проміжної частоти, а зміна частоти не обмежується частотою електромережі.Блок-схема схеми показана на малюнку 1:
На малюнку 1 основною функцією частини інверторної схеми є перетворення трифазного комерційного змінного струму постачальника електроенергії для передачі та розподілу в змінний струм, включаючи схему живлення постачальника електроенергії та розподільника, мостовий випрямляч схема, схема фільтра та схема керування випрямлячем.Основною функцією інверторної частини є перетворення змінного струму в однофазний високочастотний змінний струм (50~10000 Гц), включаючи ланцюг живлення інвертора, ланцюг пускового живлення та ланцюг живлення навантаження.Нарешті, однофазний змінний струм середньої частоти в індукційній котушці в печі створює змінне магнітне поле середньої частоти, яке змушує шихту в печі генерувати індукційну електрорушійну силу, створює великий вихровий струм у шихті та нагріває шихту до розплавлення.
Гармонічний аналіз
Гармоніки, що вводяться в електромережу джерелом живлення середньої частоти, в основному виникають у випрямному пристрої.Тут ми беремо трифазну шестиімпульсну схему мостового випрямляча з повним керуванням як приклад для аналізу вмісту гармонік.Нехтуючи всім процесом фазового переходу та пульсаціями струму в схемі тиристорного інвертора трифазного ланцюга вивільнення продукту, припускаючи, що реактивний опір змінного струму дорівнює нулю, а індуктивність змінного струму є нескінченною, використовуючи метод аналізу Фур’є, негативна та позитивна половина Струми хвилі можуть бути. Центр кола використовується як нульова точка часу, і формула виведена для розрахунку напруги фази a на стороні змінного струму.
У формулі: Id - середнє значення бічного постійного струму схеми випрямляча.
З наведеної вище формули видно, що для 6-імпульсної печі проміжної частоти вона може генерувати велику кількість 5-ї, 7-ї, 1-ї, 13-ї, 17-ї, 19-ї та інших гармонік, які можна узагальнити як 6k ± 1 (k додатне ціле число) гармоніки, ефективне значення кожної гармоніки обернено пропорційне до гармонічного порядку, а відношення до основного ефективного значення є зворотним до гармонічного порядку.
Структура схеми печі проміжної частоти.
Відповідно до різних компонентів накопичення енергії постійного струму, печі проміжної частоти можна загалом розділити на печі проміжної частоти типу струму та печі проміжної частоти типу напруги.Елемент накопичення енергії в печі проміжної частоти поточного типу є великим індуктором, тоді як елемент накопичення енергії в печі проміжної частоти типу напруги є великим конденсатором.Існують інші відмінності між ними, наприклад: піч проміжної частоти струмового типу керується тиристором, контур резонансу навантаження є паралельним резонансом, тоді як піч проміжної частоти типу напруги керується IGBT, а контур резонансу навантаження є серійний резонанс.Його базова структура показана на рисунках 2 і 3.
генерація гармоній
Так звані гармоніки вищого порядку відносяться до компонентів, вищих від цілого кратного основної частоти, отриманих шляхом розкладання періодичного несинусоїдального ряду Фур’є змінного струму, які зазвичай називаються гармоніками вищого порядку.Частота (50 Гц) Компонент тієї самої частоти.Гармонійні перешкоди є основною «неприємністю для населення», яка впливає на якість електроенергії поточної енергосистеми.
Гармоніки зменшують передачу та використання електроенергії, спричиняють перегрів електрообладнання, викликають вібрацію та шум, погіршують ізоляційний шар, зменшують термін служби та спричиняють типові несправності та перегорання.Збільшити вміст гармонік, спалити обладнання компенсації конденсатора та інше обладнання.У разі неможливості використати компенсацію за визнання інвалідності, будуть нараховані штрафи за визнання інвалідності та зростуть рахунки за електроенергію.Імпульсні струми високого порядку призведуть до неправильної роботи пристроїв релейного захисту та інтелектуальних роботів, а точне вимірювання споживаної потужності буде плутаним.Поза системою живлення гармоніки мають великий вплив на комунікаційне обладнання та електронні вироби.Тимчасова перенапруга та тимчасова перенапруга, які генерують гармоніки, зруйнують ізоляційний шар машин та обладнання, спричиняючи трифазні короткі замикання, а гармонійний струм і напруга пошкоджених трансформаторів частково створять послідовний і паралельний резонанс у громадській електромережі. , що спричинило серйозні нещасні випадки.
Електрична піч проміжної частоти є різновидом джерела живлення проміжної частоти, який перетворюється на проміжну частоту через точність і інвертор і генерує велику кількість шкідливих гармонік високого порядку в електромережі.Тому підвищення якості електроенергії печей середньої частоти стало головним пріоритетом наукових досліджень.
план управління
Велика кількість передачі даних печей середньої частоти посилила забруднення електромережі імпульсним струмом.Дослідження гармонійного керування печами середньої частоти стало актуальним завданням і широко оцінене вченими.Для того, щоб вплив гармонік, що генеруються частотною піччю, на мережу загального користування відповідав вимогам системи електропостачання та розподілу для обладнання комерційних земель, необхідно активно вживати заходів щодо усунення гармонічного забруднення.Практичні запобіжні заходи такі.
По-перше, трансформатор використовує шаблон з'єднання Y/Y/.У великому просторі середньочастотної індукційної печі вибухозахищений комутаційний трансформатор використовує метод проводки Y/Y/△.Змінивши спосіб підключення баласту для зв’язку з трансформатором сторони змінного струму, він може компенсувати характерний імпульсний струм високого порядку, який не є високим.Але вартість висока.
По-друге, використовувати пасивний фільтр LC.Основна структура полягає у використанні конденсаторів і реакторів, з’єднаних послідовно, для формування кілець послідовності LC, які є паралельними в системі.Цей метод є традиційним і дозволяє компенсувати як гармоніки, так і реактивні навантаження.Він має просту структуру і широко використовується.Однак на ефективність компенсації впливає характеристичний опір мережі та робоче середовище, і можна легко викликати паралельний резонанс із системою.Він може компенсувати лише імпульсні струми фіксованої частоти, і ефект компенсації не ідеальний.
По-третє, завдяки використанню активного фільтра APF придушення гармонік високого порядку є відносно новим методом.APF — це пристрій динамічної компенсації імпульсного струму з високою конструкцією розділення та високошвидкісним реагуванням, він може відстежувати та компенсувати імпульсні струми зі змінами частоти та інтенсивності, має хороші динамічні характеристики, і продуктивність компенсації не буде залежати від характеристичного опору.Ефект від компенсації струму хороший, тому він широко цінується.
Активний фільтр потужності розроблений на основі пасивної фільтрації, і його ефект фільтрації чудовий.У діапазоні номінального навантаження реактивної потужності ефект фільтрації становить 100%.
Фільтр активної потужності, тобто фільтр активної потужності, фільтр активної потужності APF, відрізняється від методу фіксованої компенсації традиційного LC-фільтра та реалізує динамічну компенсацію відстеження, яка може точно компенсувати гармоніки та реактивну потужність розміру та частоти.Активний фільтр APF належить до серійного обладнання для компенсації імпульсного струму високого порядку.Він контролює струм навантаження в режимі реального часу відповідно до зовнішнього перетворювача, обчислює компонент імпульсного струму високого порядку в струмі навантаження відповідно до внутрішнього DSP і виводить сигнал керуючих даних на джерело живлення інвертора., Джерело живлення інвертора використовується для генерації струму високої гармоніки такого ж розміру, як і струм високої гармоніки навантаження, а зворотний струм високої гармоніки вводиться в електромережу для підтримки активної функції фільтра.
Принцип роботи АПФ
Активний фільтр Hongyan виявляє струм навантаження в режимі реального часу через зовнішній трансформатор струму CT, виділяє гармонічну складову струму навантаження за допомогою внутрішнього обчислення DSP і перетворює його в сигнал керування в процесорі цифрових сигналів.У той же час цифровий сигнальний процесор генерує серію сигналів ШІМ-широтно-імпульсної модуляції та надсилає їх на внутрішній модуль живлення IGBT, керуючи вихідною фазою інвертора, щоб вона була протилежною напрямку гармонічного струму навантаження, а струм з однаковою амплітудою два гармонійних струми є точно протилежними один одному.Зміщення, щоб досягти функції фільтрації гармонік.
Технічні характеристики АПФ
1. Трифазний баланс
2. Компенсація реактивної потужності, що забезпечує коефіцієнт потужності
3. Завдяки функції автоматичного обмеження струму перевантаження не відбудеться
4. Гармонійна компенсація, може відфільтрувати струм 2~50 гармонік одночасно
5. Простий дизайн і вибір, потрібно лише виміряти розмір гармонічного струму
6. Однофазний динамічний струм інжекції, на який не впливає дисбаланс системи
7. Відповідь на зміни навантаження в межах 40US, загальний час відгуку становить 10 мс (1/2 циклу)
Ефект фільтрації
Коефіцієнт гармонічного регулювання досягає 97%, а діапазон гармонічного регулювання становить 2-50 разів.
Більш безпечний і стабільний метод фільтрації;
Провідний руйнівний режим керування в галузі, частота перемикання досягає 20 кГц, що мінімізує втрати фільтрації та значно покращує швидкість фільтрації та точність виведення.І він представляє нескінченний опір системі мережі, який не впливає на опір системи мережі;вихідна форма сигналу є точною та бездоганною та не впливає на інше обладнання.
Сильніша адаптивність до навколишнього середовища
Сумісний з дизель-генераторами, покращуючи здатність шунтування резервного живлення;
Більш висока стійкість до коливань і спотворень вхідної напруги;
Стандартний пристрій блискавкозахисту класу C, покращує здатність протистояти поганим погодним умовам;
Застосований діапазон температур навколишнього середовища сильніший, до -20°C~70°C.
Додатки
Основним обладнанням ливарного підприємства є електропіч середньої частоти.Електрична піч середньої частоти є типовим джерелом гармонік, яке генерує велику кількість гармонік, через що компенсаційний конденсатор не працює нормально.Приблизно влітку температура трансформатора досягає 75 градусів, що спричиняє марну витрату електроенергії та скорочує термін його служби.
Ливарний цех печі ПЧ живиться напругою 0,4 кВ, а його основним навантаженням є 6-імпульсна випрямна піч ПЧ.Обладнання випрямляча генерує велику кількість гармонік під час перетворення змінного струму в постійний під час роботи, що є типовим джерелом гармонік;Гармонійний струм вводиться в електромережу. Гармонійна напруга генерується на опорі мережі, спричиняючи спотворення напруги мережі та струму, впливаючи на якість електропостачання та безпеку роботи, збільшуючи втрати в лінії та зсув напруги, а також негативно впливаючи на мережу та електрообладнання самого заводу.
1. Характеристичний гармонічний аналіз
1) ректифікаційний пристрій печі середньої частоти – 6-імпульсне регульоване випрямлення;
2) Гармоніки, які генерує випрямляч, становлять 6K+1 непарну гармоніку.Ряд Фур'є використовується для розкладання і перетворення струму.Можна побачити, що хвиля струму містить 6K±1 вищу гармоніку.Згідно з даними випробувань печі середньої частоти, гармонічний вміст хвильового струму показано в таблиці нижче:
Під час роботи печі середньої частоти генерується велика кількість гармонік.Згідно з результатами випробувань і розрахунків печі проміжної частоти, характеристичні гармоніки в основному 5-й, а 7-й, 11-й і 13-й гармоніки струмів є відносно великими, а спотворення напруги та струму є серйозними.
2. Гармонійна схема керування
Згідно з фактичною ситуацією на підприємстві, Hongyan Electric розробила повний набір фільтраційних рішень для гармонічного керування печами середньої частоти.Враховуючи коефіцієнт потужності навантаження, потреби в поглинанні гармонік і фонових гармонік, набір активних фільтруючих пристроїв встановлено на стороні низької напруги 0,4 кВ трансформатора підприємства.Гармоніки регулюються.
3. Аналіз ефекту фільтра
1) Активний фільтруючий пристрій вводиться в роботу та автоматично відстежує зміни різного обладнання навантаження печі середньої частоти, щоб кожна гармоніка могла бути ефективно відфільтрована.Уникайте перегорання, викликаного паралельним резонансом батареї конденсаторів і схеми системи, і забезпечуйте нормальну роботу шафи компенсації реактивної потужності;
2) Гармонічні струми були ефективно покращені після лікування.Значно перевищені невведені в експлуатацію струми 5, 7 та 11 гармонік.Наприклад, струм 5-ї гармоніки падає з 312 А приблизно до 16 А;струм 7-ї гармоніки падає з 153 А приблизно до 11 А;струм 11-ї гармоніки падає зі 101 А приблизно до 9 А;Відповідає національному стандарту GB/T14549-93 «Гармоніки якості електроенергії громадської мережі»;
3) Після гармонічного контролю температура трансформатора знижується з 75 градусів до 50 градусів, що економить багато електроенергії, зменшує додаткові втрати трансформатора, зменшує шум, покращує навантажувальну здатність трансформатора та подовжує час термін служби трансформатора;
4) Після обробки якість електропостачання печі проміжної частоти значно покращується, а коефіцієнт використання джерела живлення проміжної частоти покращується, що сприяє довгостроковій безпечній та економічній роботі системи та покращенню економічні вигоди;
5) Зменшити ефективне значення струму, що протікає через розподільну лінію, покращити коефіцієнт потужності та усунути гармоніки, що протікають через розподільну лінію, тим самим значно зменшивши втрати в лінії, зменшивши підвищення температури розподільного кабелю та покращивши навантаження потужність лінії;
6) Зменшити неправильну роботу або відмову контрольного обладнання та пристроїв релейного захисту, а також підвищити безпеку та надійність електропостачання;
7) Компенсація дисбалансу трифазного струму, зменшення втрати міді трансформатора та лінії та нейтрального струму та покращення якості електропостачання;
8) Після підключення APF він також може збільшити навантажувальну здатність трансформатора та розподільних кабелів, що еквівалентно розширенню системи та зменшує інвестиції в розширення системи.
Час публікації: 13 квітня 2023 р