Per tal de reduir la contaminació del corrent de pols causada pel forn de freqüència intermèdia, la Xina ha adoptat la tecnologia del rectificador de polsos múltiples i ha desenvolupat diversos equips de forn de freqüència intermèdia, com ara forns de freqüència intermèdia de 6 polsos, 12 polsos i 24 polsos, però Com que el cost d'aquest últim és relativament alt, moltes empreses de fabricació de ferro encara estan fonent materials metàl·lics en forns de freqüència intermèdia de 6 polsos i no es pot ignorar el problema de la contaminació ambiental actual.Actualment, hi ha principalment dos tipus d'esquemes de gestió per als harmònics del forn de freqüència: un és l'esquema de gestió del relleu, que és un dels mètodes per desfer-se dels problemes harmònics actuals, i és una mesura preventiva per prevenir els harmònics intermedis. Forns d'inducció de freqüència.Tot i que el segon mètode pot fer front al problema cada cop més greu de la contaminació ambiental harmònica de moltes maneres, per als forns d'inducció de freqüència intermèdia que s'utilitzen actualment, només es pot utilitzar el primer mètode per compensar els harmònics resultants.Aquest article tracta el principi del forn IF i les seves mesures de control d'harmònics, i proposa un filtre de potència activa (APF) per compensar i controlar els harmònics en diferents etapes del forn IF de 6 polsos.
Principi elèctric del forn de freqüència intermèdia.
El forn de freqüència intermèdia és un dispositiu de calefacció de metall ràpid i estable, i el seu equip bàsic és una font d'alimentació de freqüència intermèdia.La font d'alimentació del forn de freqüència intermèdia sol adoptar el mètode de conversió AC-DC-AC, i el corrent altern de freqüència de potència d'entrada es produeix com a corrent altern de freqüència intermèdia i el canvi de freqüència no està limitat per la freqüència de la xarxa elèctrica.El diagrama de blocs del circuit es mostra a la figura 1:
A la figura 1, la funció principal d'una part del circuit inversor és convertir el corrent CA comercial trifàsic del proveïdor de transmissió i distribució d'energia en corrent CA, inclòs el circuit d'alimentació del proveïdor de transmissió i distribució d'energia, rectificador de pont. circuit, circuit de filtre i circuit de control del rectificador.La funció principal de la part de l'inversor és convertir el corrent CA en un corrent CA monofàsic d'alta freqüència (50 ~ 10000 Hz), inclòs el circuit de potència de l'inversor, el circuit de potència d'arrencada i el circuit d'alimentació de càrrega.Finalment, el corrent altern monofàsic de mitjana freqüència a la bobina d'inducció del forn genera un camp magnètic altern de mitjana freqüència, que fa que la càrrega del forn generi força electromotriu d'inducció, generi un gran corrent de Foucault a la càrrega i escalfa la càrrega per fondre.
Anàlisi harmònica
Els harmònics injectats a la xarxa elèctrica per la font d'alimentació de freqüència intermèdia es produeixen principalment al dispositiu rectificador.Aquí prenem com a exemple el circuit rectificador de pont de control complet de sis polsos trifàsic per analitzar el contingut dels harmònics.Descuidant tot el procés de transferència de fase i la pulsació actual del circuit inversor del tiristor de la cadena trifàsica d'alliberament del producte, suposant que la reactància lateral de CA és zero i la inductància de CA és infinita, utilitzant el mètode d'anàlisi de Fourier, la meitat negativa i positiva -Els corrents d'ones poden ser El centre del cercle s'utilitza com a punt zero del temps i la fórmula es deriva per calcular la tensió de fase a del costat CA.
A la fórmula: Id és el valor mitjà del corrent de corrent continu del circuit rectificador.
A partir de la fórmula anterior es pot veure que per a un forn de freqüència intermèdia de 6 polsos, pot generar un gran nombre de 5è, 7è, 1r, 13è, 17è, 19è i altres harmònics, que es poden resumir en 6k ± 1 (k). és un nombre enter positiu) harmònics, el valor efectiu de cada harmònic és inversament proporcional a l'ordre harmònic i la relació amb el valor efectiu fonamental és el recíproc de l'ordre harmònic.
Estructura del circuit del forn de freqüència intermèdia.
Segons els diferents components d'emmagatzematge d'energia de corrent continu, els forns de freqüència intermèdia generalment es poden dividir en forns de freqüència intermèdia de tipus actual i forns de freqüència intermèdia de tipus tensió.L'element d'emmagatzematge d'energia del forn de freqüència intermèdia de tipus actual és un gran inductor, mentre que l'element d'emmagatzematge d'energia del forn de freqüència intermèdia de tipus tensió és un gran condensador.Hi ha altres diferències entre els dos, com ara: el forn de freqüència intermèdia de tipus actual està controlat per tiristor, el circuit de ressonància de càrrega és una ressonància paral·lela, mentre que el forn de freqüència intermèdia de tipus tensió està controlat per IGBT i el circuit de ressonància de càrrega és ressonància de sèrie.La seva estructura bàsica es mostra a la figura 2 i la figura 3.
generació harmònica
Els anomenats harmònics d'ordre superior es refereixen als components per sobre del múltiple enter de la freqüència fonamental obtinguda descomposant la sèrie de Fourier AC periòdica no sinusoïdal, generalment anomenades harmònics d'ordre superior.Freqüència (50 Hz) El component de la mateixa freqüència.La interferència harmònica és una "molèstia pública" important que afecta la qualitat de l'energia del sistema elèctric actual.
Els harmònics redueixen la transmissió i la utilització de l'enginyeria elèctrica, fan que els equips elèctrics s'escalfin, causen vibracions i sorolls, fan que la capa d'aïllament es deteriori, redueix la vida útil i causen errors comuns i esgotament.Augmentar el contingut harmònic, cremar equips de compensació de condensadors i altres equips.En el cas que no es pugui utilitzar la compensació per invalidació, s'incorreran en multes d'invalidació i s'incrementaran les factures de la llum.Els corrents d'impuls d'alt ordre provocaran un mal funcionament dels dispositius de protecció de relés i dels robots intel·ligents, i la mesura precisa del consum d'energia es confondrà.Fora del sistema d'alimentació, els harmònics tenen un gran impacte en els equips de comunicació i els productes electrònics.La sobretensió temporal i la sobretensió temporal que generen harmònics destruiran la capa d'aïllament de la maquinària i l'equip, provocant falles de curtcircuit trifàsic, i el corrent harmònic i la tensió dels transformadors danyats produiran parcialment ressonància en sèrie i ressonància paral·lela a la xarxa elèctrica pública. , provocant greus accidents de seguretat.
El forn elèctric de freqüència intermèdia és una mena de font d'alimentació de freqüència intermèdia, que es converteix en freqüència intermèdia mitjançant precisió i inversor, i genera un gran nombre d'harmònics nocius de gran ordre a la xarxa elèctrica.Per tant, la millora de la qualitat de l'energia dels forns de freqüència intermèdia s'ha convertit en la màxima prioritat de la investigació científica.
pla de govern
Un gran nombre de connexions de dades dels forns de freqüència intermèdia ha agreujat la contaminació del corrent de pols de la xarxa elèctrica.La investigació sobre el control harmònic dels forns de freqüència intermèdia s'ha convertit en una tasca urgent, i ha estat àmpliament valorada pels estudiosos.Per tal que l'impacte dels harmònics generats pel forn de freqüència a la xarxa pública compleixi els requisits del sistema de subministrament i distribució d'energia per a terres comercials d'equips, cal prendre mesures activament per eliminar la contaminació harmònica.Les precaucions pràctiques són les següents.
Primer, el transformador utilitza un patró de connexió Y/Y/.Al forn d'inducció de freqüència mitjana gran espai, el transformador de commutació a prova d'explosió adopta el mètode de cablejat Y/Y/△.En canviar el mètode de cablejat del llast per comunicar-se amb el transformador lateral de CA, es pot compensar el corrent de pols d'ordre alt característic que no és alt.Però el cost és alt.
El segon és utilitzar el filtre passiu LC.L'estructura principal és utilitzar condensadors i reactors en sèrie per formar anells de sèrie LC, que són paral·lels al sistema.Aquest mètode és tradicional i pot compensar tant els harmònics com les càrregues reactives.Té una estructura senzilla i ha estat molt utilitzat.Tanmateix, el rendiment de la compensació es veu afectat per la impedància característica de la xarxa i l'entorn operatiu, i és fàcil provocar una ressonància paral·lela amb el sistema.Només pot compensar els corrents de pols de freqüència fixa i l'efecte de compensació no és ideal.
En tercer lloc, mitjançant l'ús del filtre actiu APF, la supressió d'harmònics d'alt ordre és un mètode relativament nou.L'APF és un dispositiu de compensació de corrent de pols dinàmic, amb un disseny de partició alt i una resposta d'alta velocitat, pot fer un seguiment i compensar els corrents de pols amb canvis de freqüència i intensitat, té un bon rendiment dinàmic i el rendiment de compensació no es veurà afectat per la impedància característica.L'efecte de la compensació actual és bo, per la qual cosa es valora àmpliament.
El filtre de potència activa es desenvolupa a partir del filtratge passiu i el seu efecte de filtrat és excel·lent.Dins del rang de la seva càrrega de potència reactiva nominal, l'efecte de filtrat és del 100%.
El filtre de potència activa, és a dir, el filtre de potència activa, el filtre de potència activa APF és diferent del mètode de compensació fixa del filtre LC tradicional i realitza una compensació de seguiment dinàmic, que pot compensar amb precisió els harmònics i la potència reactiva de mida i freqüència.El filtre actiu APF pertany a l'equip de compensació de corrent de pols de gran ordre tipus sèrie.Controla el corrent de càrrega en temps real segons el convertidor extern, calcula el component de corrent de pols de gran ordre en el corrent de càrrega segons el DSP intern i envia el senyal de dades de control a la font d'alimentació de l'inversor., La font d'alimentació de l'inversor s'utilitza per generar un corrent harmònic d'ordre alt de la mateixa mida que el corrent harmònic d'ordre alt de càrrega, i el corrent harmònic d'ordre superior invers s'introdueix a la xarxa elèctrica per mantenir la funció de filtre activa.
Principi de funcionament de l'APF
El filtre actiu Hongyan detecta el corrent de càrrega en temps real a través del transformador de corrent extern CT i extreu el component harmònic del corrent de càrrega mitjançant el càlcul DSP intern i el converteix en un senyal de control al processador de senyal digital.Al mateix temps, el processador de senyal digital genera una sèrie de senyals de modulació d'amplada de pols PWM i els envia al mòdul d'alimentació IGBT intern, controlant que la fase de sortida de l'inversor sigui oposada a la direcció del corrent harmònic de càrrega i el corrent. amb la mateixa amplitud, els dos corrents harmònics són exactament oposats l'un a l'altre.Offset, per aconseguir la funció de filtrar harmònics.
Característiques tècniques de l'APF
1. Balanç trifàsic
2. Compensació de potència reactiva, proporcionant factor de potència
3. Amb la funció de limitació de corrent automàtica, no es produirà cap sobrecàrrega
4. Compensació harmònica, pot filtrar el corrent harmònic 2 ~ 50 al mateix temps
5. Disseny i selecció simples, només cal mesurar la mida del corrent harmònic
6. Corrent d'injecció dinàmica monofàsica, no afectat pel desequilibri del sistema
7. La resposta als canvis de càrrega en 40 US, el temps de resposta total és de 10 ms (1/2 cicle)
Efecte de filtratge
La taxa de control harmònic és tan alta com el 97% i el rang de control harmònic és de 2 a 50 vegades.
Mètode de filtrat més segur i estable;
El mode de control disruptiu líder a la indústria, la freqüència de commutació és de fins a 20 KHz, la qual cosa minimitza la pèrdua de filtratge i millora considerablement la velocitat de filtratge i la precisió de sortida.I presenta una impedància infinita al sistema de xarxa, que no afecta la impedància del sistema de xarxa;i la forma d'ona de sortida és precisa i impecable i no afectarà altres equips.
Major adaptabilitat ambiental
Compatible amb generadors dièsel, millorant la capacitat de derivació d'energia de reserva;
Major tolerància a les fluctuacions i distorsions de voltatge d'entrada;
Dispositiu de protecció contra llamps de classe C estàndard, millora la capacitat de suportar les males condicions meteorològiques;
El rang aplicable de temperatura ambient és més fort, fins a -20 °C ~ 70 °C.
Aplicacions
L'equip principal d'una empresa de foneria és un forn elèctric de freqüència intermèdia.El forn elèctric de freqüència intermèdia és una font típica d'harmònics, que genera un gran nombre d'harmònics, la qual cosa fa que el condensador de compensació no funcioni amb normalitat.O així, la temperatura del transformador arriba als 75 graus a l'estiu, provocant malbaratament d'energia elèctrica i escurçant la seva vida útil.
El taller de fosa del forn de freqüència intermèdia funciona amb una tensió de 0,4 KV i la seva càrrega principal és el forn de freqüència intermèdia de rectificació de 6 polsos.L'equip rectificador genera un gran nombre d'harmònics mentre converteix AC a DC durant el treball, que és una font harmònica típica;El corrent harmònic s'injecta a la xarxa elèctrica, la tensió harmònica es genera a la impedància de la xarxa, provocant la tensió de la xarxa i la distorsió del corrent, afectant la qualitat de la font d'alimentació i la seguretat de funcionament, augmentant la pèrdua de línia i la compensació de tensió i tenint un impacte negatiu a la xarxa i la equips elèctrics de la pròpia fàbrica.
1. Anàlisi harmònica característica
1) El dispositiu de rectificació del forn de freqüència intermèdia és una rectificació controlable de 6 polsos;
2) Els harmònics generats pel rectificador són 6K+1 harmònics senars.La sèrie de Fourier s'utilitza per descompondre i transformar el corrent.Es pot veure que la forma d'ona actual conté harmònics 6K±1 superiors.Segons les dades de prova del forn de freqüència intermèdia, l'harmònic El contingut de corrent d'ona es mostra a la taula següent:
Durant el procés de treball del forn de freqüència intermèdia, es generen un gran nombre d'harmònics.Segons els resultats de les proves i càlculs del forn de freqüència intermèdia, els harmònics característics són principalment el 5è, i els corrents harmònics 7, 11 i 13 són relativament grans, i la distorsió de tensió i corrent és greu.
2. Esquema de control harmònic
Segons la situació real de l'empresa, Hongyan Electric ha dissenyat un conjunt complet de solucions de filtrat per al control harmònic dels forns de freqüència intermèdia.Tenint en compte el factor de potència de càrrega, les necessitats d'absorció d'harmònics i els harmònics de fons, s'instal·la un conjunt de dispositius de filtratge actiu al costat de baixa tensió de 0,4 KV del transformador empresarial.Els harmònics es regeixen.
3. Anàlisi de l'efecte filtre
1) El dispositiu de filtre actiu es posa en funcionament i fa un seguiment automàtic dels canvis de diversos equips de càrrega del forn de freqüència intermèdia, de manera que cada harmònic es pot filtrar eficaçment.Eviteu l'esgotament causat per la ressonància paral·lela del banc de condensadors i el circuit del sistema, i assegureu-vos el funcionament normal de l'armari de compensació de potència reactiva;
2) Els corrents harmònics s'han millorat eficaçment després del tractament.Es van superar seriosament els corrents harmònics de 5è, 7è i 11è que no es posaven en ús.Per exemple, el 5è corrent harmònic baixa de 312A a uns 16A;el corrent harmònic 7 baixa de 153A a uns 11A;el corrent harmònic 11 baixa de 101A a uns 9A;Conforme a l'estàndard nacional GB/T14549-93 "Power Quality Harmonics of Public Grid";
3) Després del control harmònic, la temperatura del transformador es redueix de 75 graus a 50 graus, la qual cosa estalvia molta energia elèctrica, redueix la pèrdua addicional del transformador, redueix el soroll, millora la capacitat de càrrega del transformador i perllonga la vida útil del transformador;
4) Després del tractament, la qualitat de la font d'alimentació del forn de freqüència intermèdia es millora eficaçment i es millora la taxa d'utilització de la font d'alimentació de freqüència intermèdia, cosa que afavoreix el funcionament segur i econòmic a llarg termini del sistema i la millora de beneficis econòmics;
5) Reduïu el valor efectiu del corrent que flueix per la línia de distribució, milloreu el factor de potència i elimineu els harmònics que flueixen per la línia de distribució, reduint així molt la pèrdua de línia, reduint l'augment de temperatura del cable de distribució i millorant la càrrega. capacitat de la línia;
6) Reduir el mal funcionament o la negativa dels equips de control i els dispositius de protecció de relés i millorar la seguretat i la fiabilitat de la font d'alimentació;
7) Compenseu el desequilibri de corrent trifàsic, reduïu la pèrdua de coure del transformador i la línia i el corrent neutre i milloreu la qualitat de la font d'alimentació;
8) Després de connectar l'APF, també pot augmentar la capacitat de càrrega del transformador i els cables de distribució, que equival a una expansió del sistema i redueix la inversió en l'expansió del sistema.
Hora de publicació: 13-abril-2023