Da bi zmanjšala onesnaženje z impulznim tokom, ki ga povzroča vmesna frekvenčna peč, je Kitajska sprejela tehnologijo večimpulznega usmernika in razvila več opreme za vmesno frekvenčno peč, kot so 6-pulzne, 12-pulzne in 24-pulzne vmesne frekvenčne peči, vendar ker so stroški slednjega sorazmerno visoki, veliko železarskih podjetij še vedno tali kovinske materiale v 6-pulznih srednjefrekvenčnih pečeh, zato ni mogoče prezreti problema okoljskega onesnaževanja impulznega toka.Trenutno obstajata predvsem dve vrsti shem upravljanja za harmonike frekvenčne peči: ena je shema upravljanja razbremenitve, ki je ena od metod, da se znebite trenutnih harmoničnih težav, in je preventivni ukrep za preprečevanje harmonikov vmesnih frekvenčne indukcijske peči.Čeprav se lahko druga metoda na več načinov spopade z vse resnejšim problemom harmoničnega onesnaževanja okolja, je za srednjefrekvenčne indukcijske peči, ki se trenutno uporabljajo, mogoče uporabiti le prvo metodo za kompenzacijo nastalih harmonikov.Ta članek obravnava načelo IF peči in njene harmonske nadzorne ukrepe ter predlaga filter aktivne moči (APF) za kompenzacijo in nadzor harmonikov v različnih stopnjah 6-pulzne IF peči.
Električni princip vmesne frekvence peči.
Medfrekvenčna peč je hitra in stabilna naprava za segrevanje kovin, njena osnovna oprema pa je vmesno frekvenčno napajanje.Napajanje vmesne frekvence peči običajno sprejme metodo pretvorbe AC-DC-AC, vhodni izmenični tok napajalne frekvence pa se odda kot izmenični tok vmesne frekvence, sprememba frekvence pa ni omejena s frekvenco električnega omrežja.Blokovni diagram vezja je prikazan na sliki 1:
Na sliki 1 je glavna funkcija dela inverterskega vezja pretvorba trifaznega komercialnega izmeničnega toka ponudnika prenosa in distribucije električne energije v izmenični tok, vključno z napajalnim vezjem ponudnika prenosa in distribucije električne energije, mostnim usmernikom vezje, vezje filtra in krmilno vezje usmernika.Glavna funkcija pretvorniškega dela je pretvorba izmeničnega toka v enofazni visokofrekvenčni izmenični tok (50~10000Hz), vključno z napajalnim vezjem pretvornika, zagonskim napajalnim vezjem in obremenitvenim napajalnim vezjem.Nazadnje, enofazni srednjefrekvenčni izmenični tok v indukcijski tuljavi v peči ustvari srednjefrekvenčno izmenično magnetno polje, ki povzroči, da naboj v peči ustvari indukcijsko elektromotorno silo, ustvari velik vrtinčni tok v naboju in segreje naboj, da se stopi.
Harmonična analiza
Harmoniki, ki jih vmesnofrekvenčno napajanje vnese v električno omrežje, se večinoma pojavljajo v usmerniški napravi.Tukaj vzamemo trifazno šestimpulzno polno krmiljeno mostično usmerniško vezje kot primer za analizo vsebine harmonikov.Če zanemarimo celoten proces faznega prenosa in tokovno pulziranje tiristorskega inverterskega vezja trifazne verige sproščanja produkta, ob predpostavki, da je reaktanca na strani izmeničnega toka enaka nič in je induktivnost izmeničnega toka neskončna, z uporabo metode Fourierjeve analize, negativna in pozitivna polovica Središče kroga se uporablja kot časovna ničelna točka, formula pa je izpeljana za izračun a-fazne napetosti strani AC.
V formuli: Id je povprečna vrednost stranskega toka enosmernega tokokroga usmernika.
Iz zgornje formule je razvidno, da lahko 6-pulzna vmesna frekvenčna peč ustvari veliko število 5., 7., 1., 13., 17., 19. in drugih harmonikov, ki jih lahko povzamemo kot 6k ± 1 (k je pozitivno celo število) harmonikov, je efektivna vrednost vsakega harmonika obratno sorazmerna s harmonskim redom, razmerje do temeljne efektivne vrednosti pa je recipročna vrednost harmoničnega reda.
Struktura vezja peči vmesne frekvence.
Vmesne frekvenčne peči lahko glede na različne komponente za shranjevanje enosmerne energije na splošno razdelimo na vmesne frekvenčne peči tokovnega tipa in vmesne frekvenčne peči napetostnega tipa.Element za shranjevanje energije srednjefrekvenčne peči tokovnega tipa je velik induktor, medtem ko je element za shranjevanje energije napetostne vmesne frekvenčne peči velik kondenzator.Obstajajo še druge razlike med obema, kot so: vmesno frekvenčno peč tokovnega tipa krmili tiristor, resonančno vezje obremenitve je vzporedna resonanca, medtem ko vmesno frekvenčno peč napetostnega tipa krmili IGBT, resonančno vezje bremena pa je serijska resonanca.Njegova osnovna struktura je prikazana na sliki 2 in sliki 3.
harmonična generacija
Tako imenovani harmoniki visokega reda se nanašajo na komponente nad celim večkratnikom osnovne frekvence, dobljene z razgradnjo periodičnega nesinusnega izmeničnega Fourierovega niza, na splošno imenovane harmonike visokega reda.Frequency (50Hz) Komponenta iste frekvence.Harmonične motnje so velika "javna motnja", ki vpliva na kakovost električne energije trenutnega elektroenergetskega sistema.
Harmoniki zmanjšujejo prenos in izkoriščanje električne energije, povzročijo pregrevanje električne opreme, povzročajo vibracije in hrup, povzročijo poslabšanje izolacijske plasti, skrajšajo življenjsko dobo in povzročijo običajne okvare in izgorelost.Povečajte vsebnost harmonikov, izgorejte opremo za kompenzacijo kondenzatorja in drugo opremo.V primeru, da nadomestila za invalidnost ni mogoče uporabiti, bodo naložene globe za invalidnost in računi za elektriko se bodo povečali.Impulzni tokovi visokega reda bodo povzročili napačno delovanje relejnih zaščitnih naprav in inteligentnih robotov, natančno merjenje porabe energije pa bo zmedeno.Zunaj napajalnega sistema imajo harmoniki velik vpliv na komunikacijsko opremo in elektronske izdelke.Začasna prenapetost in začasna prenapetost, ki ustvarja harmonike, bo uničila izolacijsko plast strojev in opreme, kar bo povzročilo trifazne napake kratkega stika, harmonični tok in napetost poškodovanih transformatorjev pa bosta delno povzročila zaporedno resonanco in vzporedno resonanco v javnem električnem omrežju. , kar je povzročilo velike varnostne nesreče.
Vmesna frekvenčna električna peč je nekakšen vmesni frekvenčni napajalnik, ki se preko natančnosti in inverterja pretvori v vmesno frekvenco in ustvarja veliko število škodljivih harmonikov visokega reda v električnem omrežju.Zato je izboljšanje kakovosti električne energije srednjefrekvenčnih peči postalo glavna prednostna naloga znanstvenih raziskav.
načrt upravljanja
Veliko število podatkovnih povezav srednjefrekvenčnih peči je še povečalo onesnaženje elektroenergetskega omrežja z impulznim tokom.Raziskave o harmoničnem krmiljenju srednjefrekvenčnih peči so postale nujna naloga in so jo znanstveniki zelo cenili.Da bi vpliv harmonikov, ki jih generira frekvenčna peč na javno omrežje, izpolnil zahteve sistema oskrbe z električno energijo in distribucijskega sistema za opremo poslovnih zemljišč, je treba aktivno sprejeti ukrepe za odpravo harmoničnega onesnaženja.Praktični previdnostni ukrepi so naslednji.
Prvič, transformator uporablja vzorec Y/Y/povezave.V veliki prostorski srednjefrekvenčni indukcijski peči preklopni transformator, odporen proti eksploziji, uporablja metodo ožičenja Y/Y/△.S spremembo metode ožičenja predstikalne naprave za komunikacijo s stranskim transformatorjem AC lahko izravna značilni impulzni tok visokega reda, ki ni visok.Toda stroški so visoki.
Drugi je uporaba LC pasivnega filtra.Glavna struktura je uporaba kondenzatorjev in reaktorjev v seriji za oblikovanje serijskih obročev LC, ki so v sistemu vzporedni.Ta metoda je tradicionalna in lahko kompenzira tako harmonike kot reaktivne obremenitve.Ima preprosto strukturo in se pogosto uporablja.Vendar pa na delovanje kompenzacije vpliva karakteristična impedanca omrežja in delovnega okolja, zato je enostavno povzročiti vzporedno resonanco s sistemom.Kompenzira lahko le impulzne tokove s fiksno frekvenco in učinek kompenzacije ni idealen.
Tretjič, z uporabo aktivnega filtra APF je zatiranje harmonikov visokega reda relativno nova metoda.APF je dinamična naprava za kompenzacijo impulznega toka z visoko particijsko zasnovo in hitro odzivnostjo, lahko sledi in kompenzira impulzne tokove s spremembami frekvence in jakosti, ima dobro dinamično zmogljivost, na kompenzacijsko zmogljivost pa karakteristična impedanca ne bo vplivala.Učinek trenutne kompenzacije je dober, zato je zelo cenjen.
Aktivni močnostni filter je razvit na podlagi pasivnega filtriranja in njegov učinek filtriranja je odličen.V območju nazivne obremenitve jalove moči je učinek filtriranja 100 %.
Filter aktivne moči, to je filter aktivne moči, filter aktivne moči APF se razlikuje od metode fiksne kompenzacije tradicionalnega filtra LC in uresničuje dinamično kompenzacijo sledenja, ki lahko natančno kompenzira harmonike in jalovo moč velikosti in frekvence.Aktivni filter APF spada v serijsko opremo za kompenzacijo impulznega toka visokega reda.V realnem času spremlja bremenski tok v skladu z zunanjim pretvornikom, izračuna komponento impulznega toka visokega reda v bremenskem toku v skladu z notranjim DSP in oddaja krmilni podatkovni signal napajalniku pretvornika., Napajalnik pretvornika se uporablja za ustvarjanje harmoničnega toka visokega reda enake velikosti kot tok visokega harmoničnega toka obremenitve, povratni harmonski tok visokega reda pa se vnese v električno omrežje, da se ohrani funkcija aktivnega filtra.
Načelo delovanja APF
Aktivni filter Hongyan zazna obremenitveni tok v realnem času prek zunanjega tokovnega transformatorja CT in izloči harmonično komponento obremenitvenega toka z notranjim izračunom DSP ter jo pretvori v krmilni signal v digitalnem signalnem procesorju.Hkrati digitalni signalni procesor ustvari serijo signalov modulacije impulzne širine PWM in jih pošlje v notranji napajalni modul IGBT, pri čemer nadzoruje, da je izhodna faza pretvornika v nasprotju s smerjo harmoničnega toka obremenitve, in tok z enako amplitudo sta dva harmonska toka točno nasprotna drug drugemu.Odmik, da se doseže funkcija filtriranja harmonikov.
Tehnične lastnosti APF
1. Trifazna bilanca
2. Kompenzacija jalove moči, ki zagotavlja faktor moči
3. S funkcijo samodejnega omejevanja toka ne bo prišlo do preobremenitve
4. Harmonična kompenzacija, lahko hkrati filtrira 2~50. harmonični tok
5. Enostavna zasnova in izbira, potrebno je le izmeriti velikost harmoničnega toka
6. Enofazni dinamični vbrizgalni tok, na katerega ne vpliva neuravnoteženost sistema
7. Odziv na spremembe obremenitve znotraj 40US, skupni odzivni čas je 10ms (1/2 cikla)
Učinek filtriranja
Stopnja harmoničnega nadzora je kar 97-odstotna, obseg harmoničnega nadzora pa je 2-50-krat širok.
Varnejši in stabilnejši način filtriranja;
Vodilni moteči način nadzora v industriji, preklopna frekvenca je kar 20 KHz, kar zmanjša izgubo filtriranja in močno izboljša hitrost filtriranja in natančnost izhoda.Omrežnemu sistemu predstavlja neskončno impedanco, ki ne vpliva na impedanco omrežnega sistema;in izhodna valovna oblika je natančna in brezhibna ter ne bo vplivala na drugo opremo.
Močnejša okoljska prilagodljivost
Združljiv z dizelskimi generatorji, izboljša sposobnost ranžiranja rezervne moči;
Večja toleranca na nihanja in popačenja vhodne napetosti;
Standardna naprava za zaščito pred strelo razreda C, izboljša sposobnost vzdržati slabe vremenske razmere;
Veljavno območje temperature okolja je večje, do -20°C~70°C.
Aplikacije
Glavna oprema livarskega podjetja je srednjefrekvenčna električna peč.Vmesna frekvenčna električna peč je tipičen harmonski vir, ki generira veliko število harmonikov, zaradi česar kompenzacijski kondenzator ne deluje normalno.Oziroma poleti temperatura transformatorja doseže 75 stopinj, kar povzroča izgubo električne energije in skrajšuje njegovo življenjsko dobo.
Livarska delavnica vmesne frekvence peči se napaja z napetostjo 0,4 KV, njena glavna obremenitev pa je 6-pulzna rektifikacijska vmesna frekvenca peči.Usmerniška oprema med delom ustvari veliko število harmonikov, medtem ko pretvarja izmenični tok v enosmerni, kar je tipičen harmonski vir;harmonični tok se vbrizga v električno omrežje, harmonična napetost se generira na impedanci omrežja, povzroča omrežno napetost in popačenje toka, vpliva na kakovost napajanja in varnost delovanja, povečuje izgube v liniji in napetostni odmik ter negativno vpliva na omrežje in elektro opreme same tovarne.
1. Karakteristična harmonska analiza
1) Rektifikacijska naprava vmesne frekvenčne peči je 6-pulzna krmiljena rektifikacija;
2) Harmoniki, ki jih ustvari usmernik, so 6K+1 lihi harmoniki.Fourierjeva vrsta se uporablja za razgradnjo in transformacijo toka.Vidimo lahko, da trenutna valovna oblika vsebuje 6K±1 višje harmonike.V skladu s preskusnimi podatki vmesne frekvenčne peči je vsebnost harmoničnega valovnega toka prikazana v spodnji tabeli:
Med delovnim procesom vmesne frekvenčne peči se ustvari veliko število harmonikov.Glede na rezultate preskusa in izračuna vmesne frekvence peči so karakteristični harmoniki predvsem 5., 7., 11. in 13. harmonski tokovi pa so razmeroma veliki, popačenje napetosti in toka pa je resno.
2. Harmonična krmilna shema
V skladu z dejanskim stanjem v podjetju je Hongyan Electric oblikoval celoten nabor filtrirnih rešitev za harmonično krmiljenje vmesnih frekvenčnih peči.Glede na faktor moči obremenitve, potrebe po harmonični absorpciji in harmonike v ozadju je niz aktivnih filtrirnih naprav nameščen na nizkonapetostni strani 0,4 KV transformatorja podjetja.Harmoniki so urejeni.
3. Analiza učinka filtra
1) Aktivna filtrirna naprava se zažene in samodejno sledi spremembam različnih obremenitev opreme vmesne frekvence peči, tako da je mogoče učinkovito filtrirati vsak harmonik.Izogibajte se izgorevanju zaradi vzporedne resonance kondenzatorske baterije in sistemskega vezja ter zagotovite normalno delovanje omarice za kompenzacijo jalove moči;
2) Harmonični tokovi so bili po zdravljenju učinkovito izboljšani.Močno so bili preseženi tokovi 5., 7. in 11. harmonika, ki niso bili predani v uporabo.Na primer, tok 5. harmonika pade s 312 A na približno 16 A;tok 7. harmonika pade s 153 A na približno 11 A;tok 11. harmonika pade s 101 A na približno 9 A;Skladnost z nacionalnim standardom GB/T14549-93 »Harmoniki kakovosti električne energije javnega omrežja«;
3) Po harmoničnem nadzoru se temperatura transformatorja zmanjša s 75 stopinj na 50 stopinj, kar prihrani veliko električne energije, zmanjša dodatne izgube transformatorja, zmanjša hrup, izboljša nosilnost transformatorja in podaljša življenjska doba transformatorja;
4) Po obdelavi se kakovost napajanja vmesne frekvenčne peči učinkovito izboljša, stopnja izkoriščenosti vmesne frekvence pa se izboljša, kar vodi k dolgoročnemu varnemu in gospodarnemu delovanju sistema ter izboljšanju gospodarske koristi;
5) Zmanjšajte efektivno vrednost toka, ki teče skozi distribucijski vod, izboljšajte faktor moči in odpravite harmonike, ki tečejo skozi distribucijski vod, s čimer močno zmanjšate izgube v liniji, zmanjšate dvig temperature distribucijskega kabla in izboljšate obremenitev zmogljivost linije;
6) Zmanjšajte napačno delovanje ali zavrnitev nadzorne opreme in naprav za relejno zaščito ter izboljšajte varnost in zanesljivost napajanja;
7) Kompenzirajte neravnovesje trifaznega toka, zmanjšajte izgubo bakra v transformatorju in liniji ter nevtralni tok in izboljšajte kakovost napajanja;
8) Po priključitvi APF lahko poveča tudi obremenitev transformatorskih in razdelilnih kablov, kar je enakovredno razširitvi sistema in zmanjša investicijo v širitev sistema.
Čas objave: 13. aprila 2023