Co fin de reducir a contaminación da corrente de pulso causada polo forno de frecuencia intermedia, China adoptou a tecnoloxía de rectificadores multipulso e desenvolveu varios equipos de forno de frecuencia intermedia, como fornos de frecuencia intermedia de 6, 12 e 24 pulsos, pero porque o custo deste último é relativamente alto. Alto, moitas empresas de fabricación de ferro aínda están fundindo materiais metálicos en fornos de frecuencia intermedia de 6 pulsos e non se pode ignorar o problema da contaminación ambiental da corrente de pulso.Na actualidade, hai principalmente dous tipos de esquemas de xestión para os harmónicos do forno de frecuencia: un é o esquema de xestión de alivio, que é un dos métodos para desfacerse dos problemas harmónicos actuais, e é unha medida preventiva para evitar os harmónicos de intermedios. fornos de indución de frecuencia.Aínda que o segundo método pode tratar o problema cada vez máis grave da contaminación ambiental harmónica de moitas maneiras, para os fornos de indución de frecuencia intermedia que se usan actualmente só se pode utilizar o primeiro método para compensar os harmónicos resultantes.Este traballo discute o principio do forno IF e as súas medidas de control harmónico, e propón un filtro de potencia activa (APF) para compensar e controlar os harmónicos en diferentes etapas do forno IF de 6 pulsos.
Principio eléctrico do forno de frecuencia intermedia.
O forno de frecuencia intermedia é un dispositivo de calefacción metálico rápido e estable, e o seu equipo principal é unha fonte de alimentación de frecuencia intermedia.A fonte de alimentación do forno de frecuencia intermedia adoita adoptar o método de conversión AC-DC-AC, e a corrente alterna de frecuencia de entrada de enerxía sábese como corrente alterna de frecuencia intermedia e o cambio de frecuencia non está limitado pola frecuencia da rede eléctrica.O diagrama de bloques do circuíto móstrase na Figura 1:
Na figura 1, a función principal dunha parte do circuíto inversor é converter a corrente alterna trifásica comercial do provedor de transmisión e distribución de enerxía en corrente alterna, incluíndo o circuíto de subministración de enerxía do provedor de transmisión e distribución de enerxía, o rectificador de ponte. circuíto, circuíto de filtro e circuíto de control do rectificador.A función principal da parte do inversor é converter a corrente alterna nunha corrente alterna monofásica de alta frecuencia (50 ~ 10000 Hz), incluíndo o circuíto de alimentación do inversor, o circuíto de alimentación de arranque e o circuíto de enerxía de carga.Finalmente, a corrente alterna monofásica de media frecuencia na bobina de indución do forno xera un campo magnético alternado de media frecuencia, que fai que a carga no forno xere forza electromotriz de indución, xera unha gran corrente de Foucault na carga e quenta a carga para fundir.
Análise Harmónica
Os harmónicos inxectados na rede eléctrica pola fonte de alimentación de frecuencia intermedia ocorren principalmente no dispositivo rectificador.Aquí tomamos como exemplo o circuíto rectificador de ponte de control total trifásico de seis pulsos para analizar o contido dos harmónicos.Desatendendo todo o proceso de transferencia de fase e a pulsación de corrente do circuíto inversor do tiristor da cadea de liberación do produto trifásico, asumindo que a reactancia do lado de CA é cero e a inductancia de CA é infinita, utilizando o método de análise de Fourier, a metade negativa e positiva. -O centro do círculo utilízase como o punto cero do tempo, e a fórmula derívase para calcular a tensión da fase a do lado AC.
Na fórmula: Id é o valor medio da corrente continua do lado do circuíto rectificador.
A partir da fórmula anterior pódese ver que para un forno de frecuencia intermedia de 6 pulsos, pode xerar un gran número de harmónicos 5º, 7º, 1º, 13º, 17º, 19º e outros, que se poden resumir como 6k ± 1 (k). é Enteiro positivo), o valor efectivo de cada harmónico é inversamente proporcional á orde harmónica e a relación co valor efectivo fundamental é o recíproco da orde harmónica.
Estrutura do circuíto do forno de frecuencia intermedia.
Segundo os diferentes compoñentes de almacenamento de enerxía de CC, os fornos de frecuencia intermedia xeralmente pódense dividir en fornos de frecuencia intermedia de tipo actual e fornos de frecuencia intermedia de tipo tensión.O elemento de almacenamento de enerxía do forno de frecuencia intermedia de tipo actual é un gran indutor, mentres que o elemento de almacenamento de enerxía do forno de frecuencia intermedia de tipo tensión é un gran capacitor.Hai outras diferenzas entre os dous, como: o forno de frecuencia intermedia de tipo actual está controlado por tiristores, o circuíto de resonancia de carga é de resonancia paralela, mentres que o forno de frecuencia intermedia de tensión está controlado por IGBT e o circuíto de resonancia de carga é resonancia en serie.A súa estrutura básica móstrase na Figura 2 e na Figura 3.
xeración harmónica
Os chamados harmónicos de orde superior refírense aos compoñentes por riba do múltiplo enteiro da frecuencia fundamental obtida pola descomposición da serie de Fourier AC periódica non sinusoidal, xeralmente chamados harmónicos de orde superior.Frecuencia (50Hz) O compoñente da mesma frecuencia.A interferencia harmónica é unha gran "molestia pública" que afecta a calidade da enerxía do sistema de enerxía actual.
Os harmónicos reducen a transmisión e utilización da enxeñaría energética, fan que os equipos eléctricos se sobrequenten, provocan vibracións e ruídos, deterioran a capa de illamento, reducen a vida útil e provocan fallos comúns e queimaduras.Aumentar o contido harmónico, queimar equipos de compensación de capacitores e outros equipos.No caso de que non se poida utilizar a compensación por nulidade, incorreranse en multas por nulidade e aumentarán as facturas da luz.As correntes de pulso de alta orde provocarán un mal funcionamento dos dispositivos de protección de relés e dos robots intelixentes, e confundirase a medición precisa do consumo de enerxía.Fóra do sistema de alimentación, os harmónicos teñen un gran impacto nos equipos de comunicación e nos produtos electrónicos.A sobretensión temporal e a sobretensión temporal que xeran harmónicos destruirán a capa de illamento de maquinaria e equipamento, provocando fallos de curtocircuíto trifásico, e a corrente harmónica e a tensión dos transformadores danados producirán parcialmente resonancia en serie e resonancia paralela na rede pública de enerxía. , provocando importantes accidentes de seguridade.
O forno eléctrico de frecuencia intermedia é unha especie de fonte de enerxía de frecuencia intermedia, que se converte en frecuencia intermedia mediante precisión e inversor, e xera un gran número de harmónicos nocivos de alta orde na rede eléctrica.Polo tanto, mellorar a calidade da enerxía dos fornos de frecuencia intermedia converteuse na principal prioridade da investigación científica.
plan de goberno
Un gran número de conexións de datos dos fornos de frecuencia intermedia agravaron a contaminación da corrente de pulso da rede eléctrica.A investigación sobre o control harmónico dos fornos de frecuencia intermedia converteuse nunha tarefa urxente, e foi moi valorada polos estudosos.Para que o impacto dos harmónicos xerados polo forno de frecuencia na rede pública cumpra os requisitos do sistema de subministración e distribución de enerxía para os terreos comerciais de equipos, é necesario tomar medidas activas para eliminar a contaminación harmónica.As precaucións prácticas son as seguintes.
En primeiro lugar, o transformador usa un patrón de conexión Y/Y/.No forno de indución de frecuencia media de gran espazo, o transformador de conmutación a proba de explosión adopta o método de cableado Y/Y/△.Ao cambiar o método de cableado do lastre para comunicarse co transformador lateral de CA, pode compensar a corrente de pulso de orde alta característica que non é alta.Pero o custo é alto.
O segundo é usar o filtro pasivo LC.A estrutura principal é usar capacitores e reactores en serie para formar aneis en serie LC, que son paralelos no sistema.Este método é tradicional e pode compensar cargas tanto harmónicas como reactivas.Ten unha estrutura sinxela e foi moi utilizado.Non obstante, o rendemento da compensación vese afectado pola impedancia característica da rede e o ambiente operativo, e é fácil causar resonancia paralela co sistema.Só pode compensar as correntes de pulso de frecuencia fixa e o efecto de compensación non é ideal.
En terceiro lugar, ao usar o filtro activo APF, a supresión harmónica de orde superior é un método relativamente novo.APF é un dispositivo de compensación de corrente de pulso dinámico, cun deseño de partición alto e capacidade de resposta de alta velocidade, pode rastrexar e compensar correntes de pulso con cambios de frecuencia e intensidade, ten un bo rendemento dinámico e o rendemento de compensación non se verá afectado pola impedancia característica.O efecto da compensación actual é bo, polo que é moi valorado.
O filtro de potencia activa desenvólvese baseándose no filtrado pasivo e o seu efecto de filtrado é excelente.Dentro do rango da súa carga de potencia reactiva nominal, o efecto de filtrado é do 100%.
O filtro de potencia activa, é dicir, o filtro de potencia activa, o filtro de potencia activa APF é diferente do método de compensación fixa do filtro LC tradicional e realiza unha compensación de seguimento dinámico, que pode compensar con precisión os harmónicos e a potencia reactiva de tamaño e frecuencia.O filtro activo APF pertence ao equipo de compensación de corrente de pulso de alta orde en serie.Supervisa a corrente de carga en tempo real segundo o conversor externo, calcula o compoñente de corrente de pulso de alta orde na corrente de carga segundo o DSP interno e envía o sinal de datos de control á fonte de alimentación do inversor., A fonte de alimentación do inversor utilízase para xerar unha corrente harmónica de orde superior do mesmo tamaño que a corrente harmónica de orde superior de carga, e a corrente harmónica de orde superior inversa introdúcese na rede eléctrica para manter a función de filtro activo.
Principio de funcionamento do APF
O filtro activo de Hongyan detecta a corrente de carga en tempo real a través do transformador de corrente externo CT, e extrae a compoñente harmónica da corrente de carga mediante o cálculo interno de DSP e convérteo nun sinal de control no procesador de sinal dixital.Ao mesmo tempo, o procesador de sinal dixital xera unha serie de sinais de modulación de ancho de pulso PWM e envíaos ao módulo de potencia IGBT interno, controlando que a fase de saída do inversor sexa oposta á dirección da corrente harmónica de carga e á corrente. coa mesma amplitude, as dúas correntes harmónicas son exactamente opostas entre si.Offset, para conseguir a función de filtrado de harmónicos.
Características técnicas APF
1. Balance trifásico
2. Compensación de potencia reactiva, proporcionando factor de potencia
3. Coa función de limitación de corrente automática, non se producirá ningunha sobrecarga
4. Compensación harmónica, pode filtrar a corrente harmónica 2 ~ 50 ao mesmo tempo
5. Deseño e selección sinxelos, só precisa medir o tamaño da corrente harmónica
6. Corrente de inxección dinámica monofásica, non afectada polo desequilibrio do sistema
7. A resposta aos cambios de carga dentro de 40 US, o tempo de resposta total é de 10 ms (1/2 ciclo)
Efecto de filtrado
A taxa de control harmónico é do 97% e o rango de control harmónico é de 2 a 50 veces.
Método de filtrado máis seguro e estable;
O principal modo de control perturbador da industria, a frecuencia de conmutación é de ata 20 KHz, o que minimiza a perda de filtrado e mellora moito a velocidade de filtrado e a precisión de saída.E presenta unha impedancia infinita ao sistema de rede, que non afecta á impedancia do sistema de rede;e a forma de onda de saída é precisa e impecable e non afectará a outros equipos.
Maior adaptabilidade ambiental
Compatible con xeradores diésel, mellorando a capacidade de derivación de enerxía de reserva;
Maior tolerancia ás flutuacións e distorsións da tensión de entrada;
Dispositivo de protección contra raios de clase C estándar, mellora a capacidade de soportar as malas condicións meteorolóxicas;
O rango aplicable de temperatura ambiente é máis forte, ata -20 °C ~ 70 °C.
Aplicacións
O equipo principal dunha empresa de fundición é un forno eléctrico de frecuencia intermedia.O forno eléctrico de frecuencia intermedia é unha fonte harmónica típica, que xera un gran número de harmónicos, o que fai que o condensador de compensación non funcione normalmente.Ou así, a temperatura do transformador alcanza os 75 graos no verán, provocando desperdicio de enerxía eléctrica e acurtando a súa vida útil.
O taller de fundición do forno de frecuencia intermedia está alimentado por unha tensión de 0,4 KV e a súa carga principal é o forno de frecuencia intermedia de rectificación de 6 pulsos.O equipo rectificador xera un gran número de harmónicos mentres converte AC en DC durante o traballo, que é unha fonte harmónica típica;A corrente harmónica inxéctase na rede eléctrica, a tensión harmónica xérase na impedancia da rede, causando a tensión da rede e a distorsión da corrente, afectando a calidade da subministración de enerxía e a seguridade de funcionamento, aumentando a perda de liña e a compensación de tensión, e tendo un impacto negativo na rede e na rede eléctrica. equipos eléctricos da propia fábrica.
1. Análise harmónica característica
1) O dispositivo de rectificación do forno de frecuencia intermedia é unha rectificación controlable de 6 pulsos;
2) Os harmónicos xerados polo rectificador son 6K+1 harmónicos impares.A serie de Fourier utilízase para descompoñer e transformar a corrente.Pódese ver que a forma de onda actual contén harmónicos 6K±1 superiores.Segundo os datos de proba do forno de frecuencia intermedia, o contido de corrente de onda harmónica móstrase na seguinte táboa:
Durante o proceso de traballo do forno de frecuencia intermedia, xéranse un gran número de harmónicos.Segundo os resultados das probas e cálculos do forno de frecuencia intermedia, os harmónicos característicos son principalmente o 5º, e as correntes harmónicas 7º, 11º e 13º son relativamente grandes e a distorsión da tensión e da corrente é grave.
2. Esquema de control harmónico
Segundo a situación real da empresa, Hongyan Electric deseñou un conxunto completo de solucións de filtrado para o control harmónico dos fornos de frecuencia intermedia.Tendo en conta o factor de potencia de carga, as necesidades de absorción harmónica e os harmónicos de fondo, instálase un conxunto de dispositivos de filtrado activo no lado de baixa tensión de 0,4 KV do transformador empresarial.Os harmónicos son gobernados.
3. Análise do efecto de filtro
1) O dispositivo de filtro activo ponse en funcionamento e rastrexa automaticamente os cambios de varios equipos de carga do forno de frecuencia intermedia, para que cada harmónico poida ser filtrado de forma eficaz.Evite a queimadura causada pola resonancia paralela do banco de capacitores e do circuíto do sistema e garantice o funcionamento normal do armario de compensación de potencia reactiva;
2) As correntes harmónicas melloráronse efectivamente despois do tratamento.As correntes harmónicas de 5a, 7a e 11a que non se puxeron en uso foron seriamente superadas.Por exemplo, a corrente harmónica 5 cae de 312A a uns 16A;a corrente harmónica 7 cae de 153A a uns 11A;a corrente harmónica 11 cae de 101A a uns 9A;Conforme ao estándar nacional GB/T14549-93 "Power Quality Harmonics of Public Grid";
3) Despois do control harmónico, a temperatura do transformador redúcese de 75 graos a 50 graos, o que aforra moita enerxía eléctrica, reduce a perda adicional do transformador, reduce o ruído, mellora a capacidade de carga do transformador e prolonga o vida útil do transformador;
4) Despois do tratamento, a calidade da subministración de enerxía do forno de frecuencia intermedia mellórase efectivamente e a taxa de utilización da fonte de enerxía de frecuencia intermedia mellórase, o que favorece o funcionamento seguro e económico a longo prazo do sistema e a mellora do beneficios económicos;
5) Reducir o valor efectivo da corrente que circula pola liña de distribución, mellorar o factor de potencia e eliminar os harmónicos que flúen pola liña de distribución, reducindo así moito a perda de liña, reducindo o aumento da temperatura do cable de distribución e mellorando a carga. capacidade da liña;
6) Reducir o mal funcionamento ou a negativa dos equipos de control e dos dispositivos de protección de relés e mellorar a seguridade e fiabilidade da fonte de alimentación;
7) Compense o desequilibrio de corrente trifásica, reduce a perda de cobre do transformador e da liña e da corrente neutra e mellora a calidade da subministración de enerxía;
8) Despois de conectar o APF, tamén pode aumentar a capacidade de carga do transformador e dos cables de distribución, o que equivale a unha expansión do sistema e reduce o investimento na expansión do sistema.
Hora de publicación: 13-Abr-2023