Om de pulsstroomvervuiling veroorzaakt door de middenfrequentieoven te verminderen, heeft China multipulsgelijkrichtertechnologie toegepast en verschillende middenfrequentieovenapparatuur ontwikkeld, zoals 6-puls-, 12-puls- en 24-puls middenfrequentieovens, maar Omdat de kosten van laatstgenoemde relatief hoog zijn, smelten veel ijzerfabrikanten nog steeds metalen materialen in 6-puls middenfrequente ovens, en het probleem van pulsstroom-milieuvervuiling kan niet worden genegeerd.Momenteel zijn er hoofdzakelijk twee soorten beheerschema's voor harmonischen van frequentieovens: het ene is het beheerschema voor verlichting, dat een van de methoden is om van de huidige harmonische problemen af te komen, en een preventieve maatregel is om de harmonischen van tussenliggende harmonischen te voorkomen. frequentie-inductieovens.Hoewel de tweede methode het steeds ernstiger wordende probleem van harmonische milieuvervuiling op vele manieren kan aanpakken, kan voor de momenteel gebruikte inductieovens met middenfrequentie alleen de eerste methode worden gebruikt om de resulterende harmonischen te compenseren.Dit artikel bespreekt het principe van de IF-oven en de harmonische controlemaatregelen ervan, en stelt een actief vermogensfilter (APF) voor om de harmonischen in verschillende stadia van een 6-puls IF-oven te compenseren en te controleren.
Elektrisch principe van middenfrequentieoven.
De middenfrequentieoven is een snel en stabiel metaalverwarmingsapparaat en de kernuitrusting is een middenfrequente voeding.De voeding van de middenfrequentieoven maakt gewoonlijk gebruik van de AC-DC-AC-conversiemethode, en de wisselstroom van de ingangsstroomfrequentie wordt uitgevoerd als wisselstroom met middenfrequentie, en de frequentieverandering wordt niet beperkt door de frequentie van het elektriciteitsnet.Het blokschema van het circuit wordt getoond in figuur 1:
In figuur 1 is de belangrijkste functie van een deel van het invertercircuit het omzetten van de driefasige commerciële wisselstroom van de energietransmissie- en distributieleverancier in wisselstroom, inclusief het voedingscircuit van de energietransmissie- en distributieprovider, bruggelijkrichter circuit, filtercircuit en gelijkrichterbesturingscircuit.De belangrijkste functie van het omvormergedeelte is het omzetten van de wisselstroom in een enkelfasige hoogfrequente wisselstroom (50 ~ 10.000 Hz), inclusief het stroomcircuit van de omvormer, het startstroomcircuit en het belastingsstroomcircuit.Ten slotte genereert de eenfasige middenfrequente wisselstroom in de inductiespoel in de oven een middenfrequent wisselend magnetisch veld, waardoor de lading in de oven inductie-elektromotorische kracht genereert, een grote wervelstroom in de lading genereert, en verwarmt de lading om te smelten.
Harmonische analyse
De harmonischen die door de middenfrequente voeding in het elektriciteitsnet worden geïnjecteerd, komen voornamelijk voor in de gelijkrichter.Hier nemen we het driefasige zespulsbruggelijkrichtercircuit met volledige controle als voorbeeld om de inhoud van de harmonischen te analyseren.Het verwaarlozen van het hele faseoverdrachtsproces en de stroompulsatie van het thyristor-invertercircuit van de driefasige productafgifteketen, ervan uitgaande dat de AC-zijreactantie nul is en de AC-inductie oneindig is, met behulp van de Fourier-analysemethode, de negatieve en positieve helft -golfstromen kunnen zijn. Het middelpunt van de cirkel wordt gebruikt als het nulpunt van de tijd en de formule is afgeleid om de a-fasespanning van de AC-zijde te berekenen.
In de formule: Id is de gemiddelde waarde van de DC-zijdestroom van het gelijkrichtcircuit.
Uit de bovenstaande formule blijkt dat een 6-puls middenfrequentieoven een groot aantal 5e, 7e, 1e, 13e, 17e, 19e en andere harmonischen kan genereren, die kunnen worden samengevat als 6k ± 1 (k is een positief geheel getal) harmonischen, de effectieve waarde van elke harmonische is omgekeerd evenredig met de harmonische orde, en de verhouding tot de fundamentele effectieve waarde is het omgekeerde van de harmonische orde.
Structuur van het ovencircuit met middenfrequentie.
Volgens de verschillende DC-energieopslagcomponenten kunnen middenfrequentieovens in het algemeen worden onderverdeeld in middenfrequentieovens van het huidige type en middenfrequentieovens van het spanningstype.Het energieopslagelement van de middenfrequentoven van het huidige type is een grote inductor, terwijl het energieopslagelement van de middenfrequentieoven van het spanningstype een grote condensator is.Er zijn nog meer verschillen tussen de twee, zoals: de middenfrequentieoven van het huidige type wordt bestuurd door thyristor, het belastingresonantiecircuit is parallelle resonantie, terwijl de middenfrequentieoven van het spanningstype wordt bestuurd door IGBT, en het belastingresonantiecircuit is serie resonantie.De basisstructuur ervan wordt getoond in Figuur 2 en Figuur 3.
harmonische generatie
De zogenaamde harmonischen van hoge orde hebben betrekking op de componenten boven het gehele veelvoud van de fundamentele frequentie die wordt verkregen door het ontbinden van de periodieke niet-sinusvormige AC Fourier-reeks, doorgaans harmonischen van hoge orde genoemd.Frequentie (50 Hz) Het onderdeel van dezelfde frequentie.Harmonische interferentie is een grote “publieke overlast” die de stroomkwaliteit van het huidige energiesysteem aantast.
Harmonischen verminderen de transmissie en het gebruik van energietechniek, zorgen ervoor dat elektrische apparatuur oververhit raakt, trillingen en lawaai veroorzaken, de isolatielaag verslechteren, de levensduur verkorten en veelvoorkomende fouten en burn-out veroorzaken.Verhoog de harmonische inhoud, verbrand condensatorcompensatieapparatuur en andere apparatuur.In het geval dat de invaliditeitscompensatie niet kan worden gebruikt, zullen er ongeldigheidsboetes worden opgelegd en zullen de elektriciteitsrekeningen stijgen.Pulsstromen van hoge orde zullen een verkeerde werking van relaisbeveiligingsapparatuur en intelligente robots veroorzaken, en de precieze meting van het stroomverbruik zal in de war raken.Buiten het stroomvoorzieningssysteem hebben harmonischen een grote impact op communicatieapparatuur en elektronische producten.De tijdelijke overspanning en tijdelijke overspanning die harmonischen genereren, zullen de isolatielaag van machines en apparatuur vernietigen, waardoor driefasige kortsluitfouten ontstaan, en de harmonische stroom en spanning van beschadigde transformatoren zullen gedeeltelijk serieresonantie en parallelle resonantie veroorzaken in het openbare elektriciteitsnetwerk , wat grote veiligheidsongevallen veroorzaakte.
De elektrische oven met middenfrequentie is een soort middenfrequente voeding, die door middel van precisie en omvormer wordt omgezet in middenfrequentie, en een groot aantal schadelijke harmonischen van hoge orde in het elektriciteitsnet genereert.Daarom is het verbeteren van de stroomkwaliteit van middenfrequentieovens de topprioriteit van wetenschappelijk onderzoek geworden.
bestuursplan
Een groot aantal dataverbindingen van middenfrequentieovens heeft de pulsstroomvervuiling van het elektriciteitsnet verergerd.Het onderzoek naar de harmonische controle van ovens met middenfrequentie is een urgente taak geworden en wordt door wetenschappers breed gewaardeerd.Om de impact van de door de frequentieoven gegenereerde harmonischen op het openbare net te laten voldoen aan de eisen van het stroomvoorzienings- en distributiesysteem voor apparatuur op commercieel terrein, is het noodzakelijk om actief maatregelen te nemen om harmonische vervuiling te elimineren.De praktische voorzorgsmaatregelen zijn als volgt.
Ten eerste gebruikt de transformator een Y/Y/verbindingspatroon.In de middenfrequente inductieoven met grote ruimte gebruikt de explosieveilige schakeltransformator de Y/Y/△-bedradingsmethode.Door de bedradingsmethode van de ballast te veranderen om te communiceren met de transformator aan de AC-zijde, kan deze de karakteristieke, niet-hoge pulsstroom van hoge orde compenseren.Maar de kosten zijn hoog.
De tweede is om een passief LC-filter te gebruiken.De hoofdstructuur is om condensatoren en reactoren in serie te gebruiken om ringen uit de LC-serie te vormen, die parallel in het systeem staan.Deze methode is traditioneel en kan zowel harmonischen als reactieve belastingen compenseren.Het heeft een eenvoudige structuur en wordt veel gebruikt.De compensatieprestaties worden echter beïnvloed door de karakteristieke impedantie van het netwerk en de werkomgeving, en het is gemakkelijk om parallelle resonantie met het systeem te veroorzaken.Het kan alleen pulsstromen met een vaste frequentie compenseren, en het compensatie-effect is niet ideaal.
Ten derde is, door gebruik te maken van het actieve APF-filter, harmonische onderdrukking van hoge orde een relatief nieuwe methode.APF is een dynamisch apparaat voor pulsstroomcompensatie, met een hoog partitieontwerp en snelle responsiviteit. Het kan pulsstromen volgen en compenseren met frequentie- en intensiteitsveranderingen, heeft goede dynamische prestaties en de compensatieprestaties worden niet beïnvloed door de karakteristieke impedantie.Het effect van de huidige compensatie is goed en wordt daarom breed gewaardeerd.
Het actieve vermogensfilter is ontwikkeld op basis van passieve filtering en het filtereffect is uitstekend.Binnen het bereik van de nominale belasting met blindvermogen is het filtereffect 100%.
Actief vermogensfilter, dat wil zeggen actief vermogensfilter, APF actief vermogensfilter verschilt van de vaste compensatiemethode van traditioneel LC-filter, en realiseert dynamische volgcompensatie, die harmonischen en reactief vermogen van grootte en frequentie nauwkeurig kan compenseren.Het actieve APF-filter behoort tot de hoogwaardige pulsstroomcompensatieapparatuur van het serietype.Het bewaakt de belastingsstroom in realtime volgens de externe converter, berekent de pulsstroomcomponent van hoge orde in de belastingsstroom volgens de interne DSP en voert het besturingsgegevenssignaal uit naar de voeding van de omvormer.De voeding van de omvormer wordt gebruikt om een harmonische stroom van hoge orde te genereren van dezelfde grootte als de harmonische stroom van hoge orde van de belasting, en de omgekeerde harmonische stroom van hoge orde wordt in het elektriciteitsnet geïntroduceerd om de actieve filterfunctie te behouden.
Werkingsprincipe van APF
Het actieve filter van Hongyan detecteert de belastingsstroom in realtime via de externe stroomtransformator CT, extraheert de harmonische component van de belastingsstroom via interne DSP-berekening en zet deze om in een stuursignaal in de digitale signaalprocessor.Tegelijkertijd genereert de digitale signaalprocessor een reeks PWM-pulsbreedtemodulatiesignalen en stuurt deze naar de interne IGBT-vermogensmodule, waardoor de uitgangsfase van de omvormer zo wordt geregeld dat deze tegengesteld is aan de richting van de harmonische belastingstroom, en de stroom bij dezelfde amplitude zijn de twee harmonische stromen precies tegengesteld aan elkaar.Offset, om de functie van het filteren van harmonischen te bereiken.
Technische kenmerken van APF
1. Driefasige balans
2. Reactieve vermogenscompensatie, die een arbeidsfactor oplevert
3. Met de automatische stroombegrenzingsfunctie zal er geen overbelasting optreden
4. Harmonische compensatie, kan tegelijkertijd 2 ~ 50ste harmonische stroom filteren
5. Eenvoudig ontwerp en selectie, u hoeft alleen de grootte van de harmonische stroom te meten
6. Eenfasige dynamische injectiestroom, niet beïnvloed door systeemonbalans
7. Reactie op belastingsveranderingen binnen 40US, de totale responstijd is 10 ms (1/2 cyclus)
Filtereffect
Het harmonische controlepercentage is maar liefst 97% en het harmonische controlebereik is maar liefst 2 ~ 50 keer breed.
Veiligere en stabielere filtermethode;
De schakelfrequentie is de toonaangevende disruptieve besturingsmodus in de industrie en bedraagt maar liefst 20 KHz, waardoor het filterverlies wordt geminimaliseerd en de filtersnelheid en uitgangsnauwkeurigheid aanzienlijk worden verbeterd.En het presenteert een oneindige impedantie voor het netwerksysteem, wat geen invloed heeft op de impedantie van het netwerksysteem;en de uitgangsgolfvorm is nauwkeurig en foutloos en heeft geen invloed op andere apparatuur.
Sterker aanpassingsvermogen aan de omgeving
Compatibel met dieselgeneratoren, waardoor het vermogen van back-upstroomrangeren wordt verbeterd;
Hogere tolerantie voor schommelingen en vervormingen van de ingangsspanning;
Standaard bliksembeveiligingsapparaat van de C-klasse, verbetert het vermogen om slechte weersomstandigheden te weerstaan;
Het toepasselijke bereik van de omgevingstemperatuur is sterker, tot -20°C~70°C.
Toepassingen
De belangrijkste uitrusting van een gieterijbedrijf is een elektrische oven met middenfrequentie.De elektrische oven met middenfrequentie is een typische harmonische bron, die een groot aantal harmonischen genereert, waardoor de compensatiecondensator niet normaal werkt.Of zo bereikt de temperatuur van de transformator in de zomer 75 graden, wat verspilling van elektrische energie veroorzaakt en de levensduur ervan verkort.
De gieterijwerkplaats van de middenfrequentieoven wordt aangedreven door een spanning van 0,4 KV en de hoofdbelasting is de middenfrequentieoven met 6 pulsen-rectificatie.De gelijkrichterapparatuur genereert een groot aantal harmonischen tijdens het omzetten van AC naar DC tijdens het werk, wat een typische harmonische bron is;Er wordt harmonische stroom in het elektriciteitsnet geïnjecteerd. Harmonische spanning wordt gegenereerd op de impedantie van het elektriciteitsnet, wat leidt tot vervorming van de netspanning en -stroom, wat de kwaliteit van de stroomvoorziening en de bedrijfsveiligheid beïnvloedt, het lijnverlies en de spanningsverschuiving vergroot, en een negatieve impact heeft op het elektriciteitsnet en de elektrische uitrusting van de fabriek zelf.
1. Karakteristieke harmonische analyse
1) Het gelijkrichtapparaat van de middenfrequentieoven is een regelbare gelijkrichter met 6 pulsen;
2) De door de gelijkrichter gegenereerde harmonischen zijn 6K+1 oneven harmonischen.Fourierreeksen worden gebruikt om de stroom te ontleden en te transformeren.Het is duidelijk dat de huidige golfvorm 6K±1 hogere harmonischen bevat.Volgens de testgegevens van de middenfrequentieoven wordt de harmonische golfstroominhoud weergegeven in de onderstaande tabel:
Tijdens het werkproces van de middenfrequentieoven wordt een groot aantal harmonischen gegenereerd.Volgens de test- en berekeningsresultaten van de middenfrequentieoven zijn de karakteristieke harmonischen voornamelijk de 5e, en zijn de 7e, 11e en 13e harmonische stromen relatief groot en is de spannings- en stroomvervorming ernstig.
2. Harmonisch regelschema
Afhankelijk van de feitelijke situatie van de onderneming heeft Hongyan Electric een complete set filteroplossingen ontworpen voor de harmonische controle van middenfrequentieovens.Rekening houdend met de belastingsfactor, de harmonische absorptiebehoeften en de achtergrondharmonischen, is een reeks actieve filterapparaten geïnstalleerd aan de 0,4KV laagspanningszijde van de bedrijfstransformator.Harmonischen worden beheerst.
3. Filtereffectanalyse
1) Het actieve filterapparaat wordt in werking gesteld en volgt automatisch de veranderingen van verschillende belastingapparatuur van de middenfrequentieoven, zodat elke harmonische effectief kan worden uitgefilterd.Voorkom doorbranden veroorzaakt door parallelle resonantie van de condensatorbank en het systeemcircuit, en zorg voor de normale werking van de reactieve vermogenscompensatiekast;
2) Harmonische stromen zijn na de behandeling effectief verbeterd.De 5e, 7e en 11e harmonische stromen die niet in gebruik werden genomen, werden ernstig overschreden.De 5e harmonische stroom daalt bijvoorbeeld van 312A naar ongeveer 16A;de 7e harmonische stroom daalt van 153A naar ongeveer 11A;de 11e harmonische stroom daalt van 101A naar ongeveer 9A;Voldoet aan de nationale norm GB/T14549-93 “Power Quality Harmonics of Public Grid”;
3) Na harmonische controle wordt de temperatuur van de transformator verlaagd van 75 graden naar 50 graden, wat veel elektrische energie bespaart, het extra verlies van de transformator vermindert, ruis vermindert, het laadvermogen van de transformator verbetert en de levensduur verlengt levensduur van de transformator;
4) Na de behandeling wordt de kwaliteit van de stroomvoorziening van de middenfrequentieoven effectief verbeterd en wordt de bezettingsgraad van de middenfrequentiestroomvoorziening verbeterd, wat bevorderlijk is voor de veilige en economische werking van het systeem op de lange termijn en de verbetering van economische voordelen;
5) Verlaag de effectieve waarde van de stroom die door de distributielijn vloeit, verbeter de arbeidsfactor en elimineer de harmonischen die door de distributielijn stromen, waardoor het lijnverlies aanzienlijk wordt verminderd, de temperatuurstijging van de distributiekabel wordt verminderd en de belasting wordt verbeterd capaciteit van de lijn;
6) Het terugdringen van de verkeerde bediening of weigering van besturingsapparatuur en relaisbeveiligingsapparatuur, en het verbeteren van de veiligheid en betrouwbaarheid van de stroomvoorziening;
7) Compenseer de driefasige stroomonbalans, verminder het koperverlies van de transformator en de lijn en de neutrale stroom en verbeter de kwaliteit van de stroomvoorziening;
8) Nadat de APF is aangesloten, kan deze ook de belastbaarheid van de transformator- en distributiekabels vergroten, wat gelijk staat aan een uitbreiding van het systeem en de investering in de uitbreiding van het systeem vermindert.
Posttijd: 13 april 2023