Aby zmniejszyć zanieczyszczenie prądem impulsowym powodowane przez piec o średniej częstotliwości, Chiny przyjęły technologię prostownika wieloimpulsowego i opracowały kilka urządzeń pieca o średniej częstotliwości, takich jak piece o średniej częstotliwości 6, 12 i 24 impulsów, ale ponieważ koszt tego ostatniego jest stosunkowo wysoki. Wiele zakładów hutniczych nadal topi materiały metalowe w piecach 6-pulsowych o średniej częstotliwości, a problemu zanieczyszczenia środowiska prądem pulsacyjnym nie można ignorować.Obecnie istnieją głównie dwa rodzaje schematów zarządzania harmonicznymi pieca częstotliwościowego: jeden to schemat zarządzania ulgą, który jest jedną z metod pozbycia się bieżących problemów harmonicznych i jest środkiem zapobiegawczym zapobiegającym powstawaniu harmonicznych pośrednich piece indukcyjne częstotliwościowe.Chociaż druga metoda może na wiele sposobów uporać się z coraz poważniejszym problemem harmonicznych zanieczyszczeń środowiska, w przypadku obecnie stosowanych pieców indukcyjnych o średniej częstotliwości do kompensacji powstałych harmonicznych można zastosować jedynie pierwszą metodę.W artykule omówiono zasadę działania pieca IF i jego środki kontroli harmonicznych oraz zaproponowano aktywny filtr mocy (APF) do kompensacji i kontroli harmonicznych na różnych etapach 6-impulsowego pieca IF.
Zasada elektryczna pieca o średniej częstotliwości.
Piec o średniej częstotliwości jest szybkim i stabilnym metalowym urządzeniem grzewczym, a jego podstawowym wyposażeniem jest zasilacz o częstotliwości pośredniej.Zasilanie pieca o częstotliwości pośredniej zwykle przyjmuje metodę konwersji AC-DC-AC, a prąd przemienny o częstotliwości wejściowej jest wyprowadzany jako prąd przemienny o częstotliwości pośredniej, a zmiana częstotliwości nie jest ograniczona częstotliwością sieci energetycznej.Schemat blokowy obwodu pokazano na rysunku 1:
Na rysunku 1 główną funkcją części obwodu falownika jest konwersja trójfazowego komercyjnego prądu przemiennego dostawcy przesyłania i dystrybucji energii na prąd przemienny, włączając w to obwód zasilania dostawcy przesyłania i dystrybucji energii, prostownik mostkowy obwód, obwód filtra i obwód sterujący prostownika.Główną funkcją części falownika jest konwersja prądu przemiennego na jednofazowy prąd przemienny o wysokiej częstotliwości (50 ~ 10000 Hz), włączając obwód mocy falownika, obwód mocy rozruchowej i obwód mocy obciążenia.Wreszcie, jednofazowy prąd przemienny średniej częstotliwości w cewce indukcyjnej w piecu wytwarza zmienne pole magnetyczne średniej częstotliwości, które powoduje, że ładunek w piecu wytwarza indukcyjną siłę elektromotoryczną, wytwarza duży prąd wirowy we wsadzie i podgrzewa ładunek do stopienia.
Analiza harmoniczna
Harmoniczne wprowadzane do sieci elektroenergetycznej przez zasilacz o częstotliwości pośredniej występują głównie w urządzeniu prostowniczym.Tutaj bierzemy za przykład trójfazowy, sześciopulsowy obwód prostownika mostkowego z pełnym sterowaniem, aby przeanalizować zawartość harmonicznych.Pomijając cały proces przeniesienia faz i pulsację prądu obwodu falownika tyrystorowego trójfazowego łańcucha uwalniania produktu, zakładając, że reaktancja strony AC wynosi zero, a indukcyjność prądu przemiennego jest nieskończona, stosując metodę analizy Fouriera, połowę ujemną i dodatnią -prądy falowe mogą wynosić Środek okręgu służy jako punkt zerowy czasu, a wzór wyprowadza się w celu obliczenia napięcia fazowego a strony prądu przemiennego.
We wzorze: Id jest średnią wartością prądu strony DC obwodu prostownika.
Z powyższego wzoru wynika, że w przypadku pieca 6-impulsowego o średniej częstotliwości można generować dużą liczbę harmonicznych 5., 7., 1., 13., 17., 19. i innych, które można podsumować jako 6k ± 1 (k jest dodatnią liczbą całkowitą), wartość skuteczna każdej harmonicznej jest odwrotnie proporcjonalna do rzędu harmonicznego, a stosunek do podstawowej wartości skutecznej jest odwrotnością rzędu harmonicznego.
Struktura obwodu pieca o częstotliwości pośredniej.
Według różnych komponentów magazynujących energię prądu stałego, piece o średniej częstotliwości można ogólnie podzielić na piece o średniej częstotliwości typu prądowego i piece o średniej częstotliwości typu napięciowego.Elementem magazynującym energię w piecu o średniej częstotliwości typu prądowego jest duża cewka indukcyjna, natomiast elementem magazynującym energię w piecu o średniej częstotliwości typu napięciowego jest duży kondensator.Istnieją inne różnice między nimi, takie jak: piec o średniej częstotliwości typu prądowego jest sterowany przez tyrystor, obwód rezonansowy obciążenia jest rezonansem równoległym, podczas gdy piec o średniej częstotliwości typu napięciowego jest sterowany przez IGBT, a obwód rezonansu obciążenia jest rezonans szeregowy.Jego podstawową strukturę pokazano na rys. 2 i ryc. 3.
generacja harmoniczna
Tak zwane harmoniczne wyższego rzędu odnoszą się do składowych powyżej całkowitej wielokrotności częstotliwości podstawowej uzyskanej w wyniku rozkładu okresowego niesinusoidalnego szeregu Fouriera prądu przemiennego, zwanego ogólnie harmonicznymi wysokiego rzędu.Częstotliwość (50 Hz) Składowa o tej samej częstotliwości.Zakłócenia harmoniczne są głównym „uciążliwością publiczną”, która wpływa na jakość energii obecnego systemu elektroenergetycznego.
Harmoniczne zmniejszają transmisję i wykorzystanie energii elektrycznej, powodują przegrzanie urządzeń elektrycznych, powodują wibracje i hałas, niszczą warstwę izolacyjną, skracają żywotność oraz są przyczyną typowych usterek i przepaleń.Zwiększ zawartość harmonicznych, wypal sprzęt kompensujący kondensator i inny sprzęt.W przypadku braku możliwości skorzystania z rekompensaty za unieważnienie, zostaną naliczone kary za unieważnienie, a rachunki za energię elektryczną wzrosną.Prądy impulsowe wyższego rzędu spowodują nieprawidłowe działanie urządzeń zabezpieczających przekaźniki i inteligentnych robotów, a dokładny pomiar poboru mocy będzie zaburzony.Poza systemem zasilania harmoniczne mają ogromny wpływ na sprzęt komunikacyjny i produkty elektroniczne.Tymczasowe przepięcie i tymczasowe przepięcie generujące składowe harmoniczne zniszczą warstwę izolacyjną maszyn i urządzeń, powodując trójfazowe zwarcia, a prąd i napięcie harmoniczne uszkodzonych transformatorów będą częściowo powodować rezonans szeregowy i rezonans równoległy w publicznej sieci energetycznej powodując poważne wypadki związane z bezpieczeństwem.
Piec elektryczny o częstotliwości pośredniej jest rodzajem zasilacza o częstotliwości pośredniej, który jest przekształcany na częstotliwość pośrednią za pomocą precyzji i falownika oraz generuje dużą liczbę szkodliwych harmonicznych wyższego rzędu w sieci energetycznej.Dlatego też poprawa jakości zasilania pieców średniej częstotliwości stała się najwyższym priorytetem badań naukowych.
plan zarządzania
Duża liczba połączeń danych pieców średniej częstotliwości pogorszyła zanieczyszczenie sieci energetycznej prądem impulsowym.Badania nad kontrolą harmonicznych pieców średniej częstotliwości stały się pilnym zadaniem i zostały powszechnie docenione przez naukowców.Aby wpływ harmonicznych generowanych przez piec częstotliwości na sieć publiczną spełniał wymagania systemu zasilania i dystrybucji urządzeń na terenach komercyjnych, należy aktywnie podejmować działania mające na celu eliminację zanieczyszczeń harmonicznych.Praktyczne środki ostrożności są następujące.
Po pierwsze, transformator wykorzystuje wzór połączenia Y/Y/.W wielkoprzestrzennym piecu indukcyjnym średniej częstotliwości transformator przełączający w wykonaniu przeciwwybuchowym wykorzystuje metodę okablowania Y/Y/△.Zmieniając metodę okablowania statecznika w celu komunikacji z transformatorem po stronie prądu przemiennego, można zrównoważyć charakterystyczny prąd impulsowy wyższego rzędu, który nie jest wysoki.Ale koszt jest wysoki.
Drugim jest zastosowanie filtra pasywnego LC.Główną konstrukcją jest zastosowanie kondensatorów i reaktorów połączonych szeregowo w celu utworzenia pierścieni szeregowych LC, które są równoległe w systemie.Metoda ta jest tradycyjna i może kompensować zarówno harmoniczne, jak i obciążenia bierne.Ma prostą konstrukcję i jest szeroko stosowany.Jednakże na wydajność kompensacji wpływa impedancja charakterystyczna sieci i środowiska operacyjnego i łatwo jest spowodować rezonans równoległy z systemem.Może kompensować jedynie prądy impulsowe o stałej częstotliwości, a efekt kompensacji nie jest idealny.
Po trzecie, dzięki zastosowaniu aktywnego filtra APF tłumienie harmonicznych wyższego rzędu jest stosunkowo nową metodą.APF to dynamiczne urządzenie do kompensacji prądu impulsowego, charakteryzujące się dużą konstrukcją podziału i dużą szybkością reakcji. Może śledzić i kompensować prądy impulsowe wraz ze zmianami częstotliwości i natężenia, ma dobre parametry dynamiczne, a impedancja charakterystyczna nie ma wpływu na wydajność kompensacji.Efekt bieżącej kompensacji jest dobry, dlatego jest powszechnie ceniony.
Aktywny filtr mocy został opracowany w oparciu o filtrowanie pasywne, a jego efekt filtrowania jest doskonały.W zakresie znamionowego obciążenia mocą bierną efekt filtrowania wynosi 100%.
Aktywny filtr mocy, czyli aktywny filtr mocy, aktywny filtr mocy APF różni się od stałej metody kompensacji tradycyjnego filtra LC i realizuje dynamiczną kompensację śledzenia, która może dokładnie kompensować harmoniczne oraz moc bierną wielkości i częstotliwości.Aktywny filtr APF należy do szeregowego sprzętu kompensującego prąd impulsowy wysokiego rzędu.Monitoruje prąd obciążenia w czasie rzeczywistym zgodnie z zewnętrznym przetwornikiem, oblicza składową prądu impulsowego wyższego rzędu w prądzie obciążenia zgodnie z wewnętrznym procesorem DSP i wysyła sygnał danych sterujących do zasilacza falownika., Zasilacz falownika służy do generowania prądu harmonicznego wyższego rzędu o tej samej wielkości, co prąd harmoniczny wyższego rzędu obciążenia, a prąd odwrotnej harmonicznej wyższego rzędu jest wprowadzany do sieci energetycznej w celu utrzymania funkcji aktywnego filtra.
Zasada działania APF
Aktywny filtr Hongyan wykrywa prąd obciążenia w czasie rzeczywistym poprzez zewnętrzny przekładnik prądowy CT i wyodrębnia składową harmoniczną prądu obciążenia poprzez wewnętrzne obliczenia DSP i przekształca ją w sygnał sterujący w cyfrowym procesorze sygnałowym.Jednocześnie cyfrowy procesor sygnałowy generuje serię sygnałów modulacji szerokości impulsu PWM i wysyła je do wewnętrznego modułu mocy IGBT, kontrolując fazę wyjściową falownika tak, aby była przeciwna do kierunku prądu harmonicznego obciążenia i prądu przy tej samej amplitudzie dwa prądy harmoniczne są dokładnie przeciwne.Przesunięcie, aby osiągnąć funkcję filtrowania harmonicznych.
Właściwości techniczne APF
1. Bilans trójfazowy
2. Kompensacja mocy biernej zapewniająca współczynnik mocy
3. Dzięki funkcji automatycznego ograniczania prądu nie wystąpi żadne przeciążenie
4. Kompensacja harmonicznych, umożliwia jednoczesne odfiltrowanie prądu harmonicznego od 2 do 50
5. Prosta konstrukcja i wybór, wystarczy zmierzyć wielkość prądu harmonicznego
6. Jednofazowy dynamiczny prąd wtrysku, na który nie ma wpływu brak równowagi systemu
7. Reakcja na zmiany obciążenia w zakresie 40US, całkowity czas reakcji wynosi 10 ms (1/2 cyklu)
Efekt filtrowania
Stopień kontroli harmonicznych wynosi aż 97%, a zakres kontroli harmonicznych jest tak szeroki, jak 2 ~ 50 razy.
Bezpieczniejsza i bardziej stabilna metoda filtrowania;
Wiodący tryb sterowania zakłócającego w branży, częstotliwość przełączania wynosi aż 20 kHz, co minimalizuje straty filtrowania i znacznie poprawia prędkość filtrowania i dokładność wyjściową.I przedstawia nieskończoną impedancję dla systemu sieciowego, co nie wpływa na impedancję systemu sieciowego;a przebieg wyjściowy jest dokładny i bezbłędny i nie ma wpływu na inny sprzęt.
Większa zdolność adaptacji do środowiska
Kompatybilny z generatorami diesla, poprawiający zdolność manewrowania zasilaniem rezerwowym;
Większa tolerancja na wahania i zniekształcenia napięcia wejściowego;
Standardowe urządzenie odgromowe klasy C, poprawiające odporność na złe warunki pogodowe;
Obowiązujący zakres temperatury otoczenia jest silniejszy i wynosi do -20°C~70°C.
Aplikacje
Głównym wyposażeniem firmy odlewniczej jest piec elektryczny średniej częstotliwości.Piec elektryczny o średniej częstotliwości jest typowym źródłem harmonicznych, które generuje dużą liczbę harmonicznych, co powoduje, że kondensator kompensacyjny nie działa normalnie.Mniej więcej latem temperatura transformatora osiąga 75 stopni, powodując marnowanie energii elektrycznej i skracając jego żywotność.
Warsztat odlewniczy pieca średniej częstotliwości zasilany jest napięciem 0,4 KV, a jego głównym obciążeniem jest piec pośredniej częstotliwości rektyfikacyjnej 6-pulsowy.Sprzęt prostowniczy generuje dużą liczbę harmonicznych podczas przetwarzania prądu przemiennego na prąd stały podczas pracy, co jest typowym źródłem harmonicznych;Do sieci elektroenergetycznej wprowadzany jest prąd harmoniczny. Na impedancji sieci generowane jest napięcie harmoniczne, powodujące zniekształcenie napięcia i prądu sieciowego, wpływające na jakość zasilania i bezpieczeństwo pracy, zwiększające straty w linii i przesunięcie napięcia oraz mające negatywny wpływ na sieć i wyposażenie elektryczne samej fabryki.
1. Charakterystyczna analiza harmoniczna
1) Urządzeniem prostowniczym pieca średniej częstotliwości jest prostownik sterowany 6-pulsowo;
2) Harmoniczne generowane przez prostownik to harmoniczne nieparzyste o wartości 6K+1.Szereg Fouriera służy do rozkładu i transformacji prądu.Można zauważyć, że przebieg prądu zawiera wyższe harmoniczne o 6K±1.Zgodnie z danymi testowymi pieca o średniej częstotliwości, zawartość harmonicznych prądu falowego pokazano w poniższej tabeli:
Podczas pracy pieca o częstotliwości pośredniej generowana jest duża liczba harmonicznych.Zgodnie z wynikami testów i obliczeń pieca o częstotliwości pośredniej, charakterystyczne harmoniczne to głównie prądy harmoniczne 5., 7., 11. i 13. są stosunkowo duże, a odkształcenia napięcia i prądu są poważne.
2. Schemat kontroli harmonicznych
Zgodnie z rzeczywistą sytuacją przedsiębiorstwa, Hongyan Electric zaprojektował kompletny zestaw rozwiązań filtrujących do kontroli harmonicznych pieców o średniej częstotliwości.Biorąc pod uwagę współczynnik mocy obciążenia, potrzeby pochłaniania harmonicznych i harmoniczne tła, po stronie niskiego napięcia 0,4 kV transformatora korporacyjnego instaluje się zestaw aktywnych urządzeń filtrujących.Harmoniczne są regulowane.
3. Analiza efektu filtra
1) Aktywne urządzenie filtrujące zostaje uruchomione i automatycznie śledzi zmiany różnych urządzeń obciążeniowych pieca o średniej częstotliwości, dzięki czemu można skutecznie odfiltrować każdą harmoniczną.Unikaj przepalenia spowodowanego równoległym rezonansem baterii kondensatorów i obwodu systemu i zapewnij normalne działanie szafy kompensacji mocy biernej;
2) Prądy harmoniczne zostały skutecznie poprawione po leczeniu.Nieużywane prądy harmoniczne 5., 7. i 11. zostały poważnie przekroczone.Na przykład prąd piątej harmonicznej spada z 312A do około 16A;prąd 7. harmonicznej spada z 153A do około 11A;prąd 11. harmonicznej spada z 101A do około 9A;Zgodny z normą krajową GB/T14549-93 „Harmoniczne jakości energii w sieci publicznej”;
3) Po kontroli harmonicznych temperatura transformatora zostaje obniżona z 75 stopni do 50 stopni, co pozwala zaoszczędzić dużo energii elektrycznej, zmniejsza dodatkowe straty transformatora, zmniejsza hałas, poprawia nośność transformatora i wydłuża jego żywotność żywotność transformatora;
4) Po obróbce skutecznie poprawia się jakość zasilania pieca o częstotliwości pośredniej i poprawia się stopień wykorzystania zasilacza o częstotliwości pośredniej, co sprzyja długoterminowej bezpiecznej i ekonomicznej pracy systemu oraz poprawie korzyści ekonomiczne;
5) Zmniejsz wartość skuteczną prądu przepływającego przez linię dystrybucyjną, popraw współczynnik mocy i wyeliminuj harmoniczne przepływające przez linię dystrybucyjną, znacznie zmniejszając w ten sposób straty na linii, zmniejszając wzrost temperatury kabla dystrybucyjnego i poprawiając obciążenie przepustowość linii;
6) Ogranicz nieprawidłowe działanie lub odmowę sprzętu sterującego i urządzeń zabezpieczających przekaźniki oraz popraw bezpieczeństwo i niezawodność zasilania;
7) Kompensuj brak równowagi prądu trójfazowego, zmniejsz straty miedzi w transformatorze i linii oraz prądzie neutralnym oraz popraw jakość zasilania;
8) Po podłączeniu APF może również zwiększyć obciążalność transformatora i kabli dystrybucyjnych, co jest równoznaczne z rozbudową systemu i zmniejsza inwestycję w rozbudowę systemu.
Czas publikacji: 13 kwietnia 2023 r