Ara frekanslı fırının neden olduğu darbe akımı kirliliğini azaltmak için Çin, çok darbeli doğrultucu teknolojisini benimsedi ve 6 darbeli, 12 darbeli ve 24 darbeli ara frekanslı fırınlar gibi çeşitli ara frekanslı fırın ekipmanları geliştirdi, ancak ikincisinin maliyeti nispeten yüksek olduğundan Yüksek, birçok demir üretim şirketi hala 6 darbeli ara frekanslı fırınlarda metal malzemeleri eritiyor ve darbe akımının çevre kirliliği sorunu göz ardı edilemez.Şu anda, frekans fırını harmonikleri için temel olarak iki tür yönetim şeması bulunmaktadır: Birincisi, mevcut harmonik sorunlarından kurtulma yöntemlerinden biri olan ve ara harmoniklerin önlenmesi için önleyici bir tedbir olan tahliye yönetim şemasıdır. frekans indüksiyon fırınları.İkinci yöntem, giderek ciddileşen harmonik çevre kirliliği problemini birçok yönden ele alabilse de, halihazırda kullanılan ara frekanslı indüksiyon fırınları için, ortaya çıkan harmonikleri telafi etmek için yalnızca birinci yöntem kullanılabilir.Bu makale, IF fırınının prensibini ve harmonik kontrol önlemlerini tartışmakta ve 6 darbeli IF fırınının farklı aşamalarındaki harmonikleri telafi etmek ve kontrol etmek için bir aktif güç filtresi (APF) önermektedir.
Ara frekanslı fırının elektrik prensibi.
Ara frekanslı fırın, hızlı ve kararlı bir metal ısıtma cihazıdır ve çekirdek ekipmanı, bir ara frekanslı güç kaynağıdır.Ara frekanslı fırının güç kaynağı genellikle AC-DC-AC dönüşüm yöntemini benimser ve giriş güç frekansı alternatif akımı, ara frekanslı alternatif akım olarak çıkarılır ve frekans değişimi, güç şebekesinin frekansı ile sınırlı değildir.Devre blok şeması Şekil 1'de gösterilmektedir:
Şekil 1'de, invertör devresinin bir kısmının ana işlevi, güç iletim ve dağıtım sağlayıcısının güç kaynağı devresi, köprü doğrultucu dahil olmak üzere güç iletim ve dağıtım sağlayıcısının üç fazlı ticari AC akımını AC akıma dönüştürmektir. devre, filtre devresi ve doğrultucu kontrol devresi.İnvertör parçasının ana işlevi, AC akımını, invertör güç devresi, başlatma güç devresi ve yük güç devresi dahil olmak üzere tek fazlı yüksek frekanslı AC akımına (50~10000Hz) dönüştürmektir.Son olarak, fırındaki endüksiyon bobinindeki tek fazlı orta frekanslı alternatif akım, fırındaki yükün endüksiyon elektromotor kuvveti üretmesine neden olan, yükte büyük bir girdap akımı oluşturan orta frekanslı bir alternatif manyetik alan üretir ve yükü eritmek için ısıtır.
Harmonik Analiz
Ara frekanslı güç kaynağı tarafından güç şebekesine enjekte edilen harmonikler esas olarak doğrultucu cihazda meydana gelir.Burada harmoniklerin içeriğini analiz etmek için örnek olarak üç fazlı altı darbeli tam kontrol köprü doğrultucu devresini alıyoruz.Fourier analiz yöntemini kullanarak, negatif ve pozitif yarıyı kullanarak, AC yan reaktansının sıfır ve AC endüktansının sonsuz olduğunu varsayarak, üç fazlı ürün salma zincirinin tristör invertör devresinin tüm faz transfer sürecini ve akım darbesini ihmal etmek -dalga akımları şu şekilde olabilir: Çemberin merkezi zamanın sıfır noktası olarak kullanılır ve formül, AC tarafının a-faz gerilimini hesaplamak için türetilir.
Formülde: Id, doğrultucu devresinin DC yan akımının ortalama değeridir.
Yukarıdaki formülden görülebileceği gibi, 6 darbeli bir ara frekans fırını için çok sayıda 5., 7., 1., 13., 17., 19. ve diğer harmonikler üretilebilir ve bunlar 6k ± 1 (k) olarak özetlenebilir. Pozitif Tamsayı) harmonikler olduğundan, her bir harmoniğin etkin değeri harmonik düzenle ters orantılıdır ve temel etkin değere oranı ise harmonik sıranın tersidir.
Ara frekanslı fırın devre yapısı.
Farklı DC enerji depolama bileşenlerine göre ara frekanslı fırınlar genel olarak akım tipi ara frekanslı fırınlar ve gerilim tipi ara frekanslı fırınlar olarak ikiye ayrılabilir.Akım tipi ara frekanslı fırının enerji depolama elemanı büyük bir indüktör iken, gerilim tipi ara frekanslı fırının enerji depolama elemanı büyük bir kapasitördür.İkisi arasında başka farklar da vardır, örneğin: akım tipi ara frekanslı fırın tristör tarafından kontrol edilir, yük rezonans devresi paralel rezonanstır, gerilim tipi ara frekanslı fırın ise IGBT tarafından kontrol edilir ve yük rezonans devresi seri rezonans.Temel yapısı Şekil 2 ve Şekil 3'te gösterilmektedir.
harmonik nesil
Yüksek dereceli harmonikler olarak adlandırılanlar, genel olarak yüksek dereceli harmonikler olarak adlandırılan, periyodik sinüzoidal olmayan AC Fourier serilerinin ayrıştırılmasıyla elde edilen temel frekansın tamsayı katının üzerindeki bileşenleri ifade eder.Frekans (50Hz) Aynı frekansın bileşeni.Harmonik girişim, mevcut güç sisteminin güç kalitesini etkileyen önemli bir “kamu rahatsızlığıdır”.
Harmonikler güç mühendisliğinin iletimini ve kullanımını azaltır, elektrikli ekipmanın aşırı ısınmasına neden olur, titreşime ve gürültüye neden olur, yalıtım katmanının bozulmasına neden olur, servis ömrünü kısaltır ve yaygın arızalara ve yanmaya neden olur.Harmonik içeriği artırın, kapasitör kompanzasyon ekipmanını ve diğer ekipmanı yakın.Maluliyet tazminatının kullanılamadığı durumda maluliyet cezası kesilecek ve elektrik faturaları artacaktır.Yüksek dereceli darbe akımları, röle koruma cihazlarının ve akıllı robotların yanlış çalışmasına neden olacak ve güç tüketiminin hassas ölçümü kafaları karıştıracaktır.Güç kaynağı sistemi dışında harmoniklerin iletişim ekipmanları ve elektronik ürünler üzerinde büyük etkisi vardır.Harmonik oluşturan geçici aşırı gerilim ve geçici aşırı gerilim, makine ve ekipmanın yalıtım katmanını tahrip ederek üç fazlı kısa devre arızalarına neden olacak ve hasarlı transformatörlerin harmonik akımı ve gerilimi, kamu güç ağında kısmen seri rezonans ve paralel rezonans üretecektir. büyük güvenlik kazalarına neden oluyor.
Ara frekanslı elektrikli fırın, hassas ve invertör aracılığıyla ara frekansa dönüştürülen ve elektrik şebekesinde çok sayıda zararlı yüksek dereceli harmonik üreten bir tür ara frekans güç kaynağıdır.Bu nedenle ara frekanslı fırınların güç kalitesinin iyileştirilmesi bilimsel araştırmaların en önemli önceliği haline gelmiştir.
yönetim planı
Ara frekanslı fırınların çok sayıda veri bağlantısı, elektrik şebekesinin darbe akımı kirliliğini artırdı.Ara frekanslı fırınların harmonik kontrolüne ilişkin araştırma acil bir görev haline gelmiş ve bilim adamları tarafından geniş çapta değer kazanmıştır.Frekans fırınının ürettiği harmoniklerin kamu şebekesi üzerindeki etkisinin, ticari ekipman arazisi için güç kaynağı ve dağıtım sisteminin gereksinimlerini karşılamasını sağlamak amacıyla, harmonik kirliliğini ortadan kaldıracak tedbirlerin aktif olarak alınması gerekmektedir.Pratik önlemler aşağıdaki gibidir.
İlk olarak transformatör Y/Y/bağlantı modelini kullanır.Geniş alanlı orta frekanslı indüksiyon ocağında, patlamaya dayanıklı anahtarlama transformatörü Y/Y/△ kablolama yöntemini benimser.Balastın kablolama yöntemini AC tarafındaki transformatörle iletişim kuracak şekilde değiştirerek, yüksek olmayan karakteristik yüksek dereceli darbe akımını dengeleyebilir.Ama maliyeti yüksektir.
İkincisi ise LC pasif filtre kullanmaktır.Ana yapı, sistemde paralel olan LC serisi halkaları oluşturmak için seri olarak kapasitörler ve reaktörler kullanmaktır.Bu yöntem gelenekseldir ve hem harmonikleri hem de reaktif yükleri telafi edebilir.Basit bir yapıya sahiptir ve yaygın olarak kullanılmaktadır.Ancak kompanzasyon performansı ağın ve çalışma ortamının karakteristik empedansından etkilenir ve sistemle paralel rezonansa neden olmak kolaydır.Yalnızca sabit frekanslı darbe akımlarını telafi edebilir ve telafi etkisi ideal değildir.
Üçüncüsü, APF aktif filtresini kullanan yüksek dereceli harmonik bastırma nispeten yeni bir yöntemdir.APF, yüksek bölüm tasarımı ve yüksek hızlı yanıt verme yeteneği ile dinamik bir darbe akımı dengeleme cihazıdır, frekans ve yoğunluk değişiklikleriyle darbe akımlarını izleyebilir ve telafi edebilir, iyi bir dinamik performansa sahiptir ve dengeleme performansı karakteristik empedanstan etkilenmeyecektir.Mevcut tazminatın etkisi iyidir, bu nedenle geniş çapta değerlenir.
Aktif güç filtresi pasif filtrelemeye dayalı olarak geliştirilmiştir ve filtreleme etkisi mükemmeldir.Nominal reaktif güç yükü aralığında filtreleme etkisi %100'dür.
Aktif güç filtresi, yani aktif güç filtresi, APF aktif güç filtresi, geleneksel LC filtresinin sabit kompanzasyon yönteminden farklıdır ve boyut ve frekansın harmoniklerini ve reaktif gücünü doğru bir şekilde telafi edebilen dinamik izleme kompanzasyonunu gerçekleştirir.APF aktif filtre, seri tip yüksek dereceli darbe akımı kompanzasyon ekipmanına aittir.Yük akımını harici dönüştürücüye göre gerçek zamanlı olarak izler, dahili DSP'ye göre yük akımındaki yüksek dereceli darbe akımı bileşenini hesaplar ve kontrol veri sinyalini invertör güç kaynağına gönderir., İnvertör güç kaynağı, yük yüksek dereceli harmonik akımıyla aynı boyutta yüksek dereceli bir harmonik akım üretmek için kullanılır ve aktif filtre fonksiyonunu sürdürmek için güç şebekesine ters yüksek dereceli harmonik akım verilir.
APF'nin çalışma prensibi
Hongyan aktif filtre, harici akım transformatörü CT aracılığıyla yük akımını gerçek zamanlı olarak algılar ve dahili DSP hesaplaması yoluyla yük akımının harmonik bileşenini çıkarır ve bunu dijital sinyal işlemcisinde bir kontrol sinyaline dönüştürür.Aynı zamanda, dijital sinyal işlemcisi bir dizi PWM darbe genişliği modülasyon sinyali üretir ve bunları dahili IGBT güç modülüne göndererek invertörün çıkış fazının yük harmonik akımının yönünün tersi olmasını ve akımın yönünü kontrol eder. Aynı genlikte iki harmonik akım birbirine tam olarak zıttır.Harmonikleri filtreleme işlevini elde etmek için ofset.
APF'nin teknik özellikleri
1. Üç fazlı denge
2. Güç faktörünü sağlayan reaktif güç kompanzasyonu
3. Otomatik akım sınırlama fonksiyonu ile aşırı yük oluşmaz
4. Harmonik kompanzasyon, aynı anda 2~50. harmonik akımı filtreleyebilir
5. Basit tasarım ve seçim, yalnızca harmonik akımın boyutunu ölçmeniz gerekir
6. Sistem dengesizliğinden etkilenmeyen tek fazlı dinamik enjeksiyon akımı
7. 40US dahilindeki yük değişikliklerine yanıt, toplam yanıt süresi 10 ms'dir (1/2 döngü)
Filtreleme etkisi
Harmonik kontrol oranı %97 kadar yüksektir ve harmonik kontrol aralığı 2~50 kat kadar geniştir.
Daha güvenli ve daha kararlı filtreleme yöntemi;
Sektördeki önde gelen yıkıcı kontrol modu olan anahtarlama frekansı 20KHz kadar yüksektir, bu da filtreleme kaybını en aza indirir ve filtreleme hızını ve çıkış doğruluğunu büyük ölçüde artırır.Ve şebeke sistemi empedansını etkilemeyen şebeke sistemine sonsuz empedans sunar;ve çıkış dalga biçiminin doğru ve kusursuz olduğu ve diğer ekipmanı etkilemediği.
Daha güçlü çevresel uyumluluk
Dizel jeneratörlerle uyumlu, yedek güç yönlendirme yeteneğini geliştiriyor;
Giriş voltajı dalgalanmalarına ve bozulmalarına karşı daha yüksek tolerans;
Standart C sınıfı yıldırımdan korunma cihazı, kötü hava koşullarına dayanma yeteneğini artırır;
Uygulanabilir ortam sıcaklığı aralığı -20°C~70°C'ye kadar daha güçlüdür.
Uygulamalar
Bir dökümhane şirketinin ana ekipmanı orta frekanslı bir elektrikli fırındır.Ara frekanslı elektrikli fırın, çok sayıda harmonik üreten ve dengeleme kapasitörünün normal şekilde çalışmamasına neden olan tipik bir harmonik kaynağıdır.Öyle ki yazın transformatörün sıcaklığı 75 dereceye ulaşıyor, bu da elektrik enerjisinin israfına ve ömrünün kısalmasına neden oluyor.
Ara frekans fırınının dökümhane atölyesi 0,4KV voltajla çalıştırılır ve ana yükü 6 darbeli düzeltme ara frekans fırınıdır.Doğrultucu ekipmanı, tipik bir harmonik kaynağı olan çalışma sırasında AC'yi DC'ye dönüştürürken çok sayıda harmonik üretir;Güç şebekesine harmonik akım enjekte edilir, şebeke empedansında harmonik voltaj üretilir, bu da şebeke voltajına ve akım bozulmasına neden olur, güç kaynağı kalitesini ve işletme güvenliğini etkiler, hat kaybını ve voltaj ofsetini arttırır, şebeke ve şebeke üzerinde olumsuz etki yaratır. fabrikanın kendisinin elektrikli ekipmanı.
1. Karakteristik harmonik analiz
1) Ara frekanslı fırının düzeltme cihazı, 6 darbeli kontrol edilebilir bir düzeltmedir;
2) Doğrultucunun ürettiği harmonikler 6K+1 tek harmoniklerdir.Akımı ayrıştırmak ve dönüştürmek için Fourier serileri kullanılır.Akım dalga formunun 6K±1 daha yüksek harmonikler içerdiği görülmektedir.Ara frekanslı fırının test verilerine göre harmonik dalga akımı içeriği aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:
Ara frekanslı fırının çalışma süreci sırasında çok sayıda harmonik üretilir.Ara frekanslı fırının test ve hesaplama sonuçlarına göre, karakteristik harmonikler esas olarak 5. ve 7., 11. ve 13. harmonik akımları nispeten büyüktür ve voltaj ve akım distorsiyonu ciddidir.
2. Harmonik kontrol şeması
İşletmenin fiili durumuna göre Hongyan Electric, ara frekanslı fırınların harmonik kontrolü için eksiksiz bir filtreleme çözümleri seti tasarladı.Yük güç faktörü, harmonik emme ihtiyaçları ve arka plan harmonikleri dikkate alınarak işletme transformatörünün 0,4KV alçak gerilim tarafına bir dizi aktif filtreleme cihazı monte edilir.Harmonikler yönetilir.
3. Filtre etkisi analizi
1) Aktif filtre cihazı devreye alınır ve ara frekans fırınının çeşitli yük ekipmanındaki değişiklikleri otomatik olarak takip eder, böylece her harmonik etkili bir şekilde filtrelenebilir.Kapasitör bankasının ve sistem devresinin paralel rezonansının neden olduğu yanmadan kaçının ve reaktif güç kompanzasyon kabininin normal çalışmasını sağlayın;
2) Harmonik akımlar tedaviden sonra etkili bir şekilde iyileştirildi.Devreye alınmayan 5., 7. ve 11. harmonik akımları ciddi oranda aşıldı.Örneğin 5. harmonik akım 312A'den yaklaşık 16A'ya düşer;7. harmonik akım 153A'dan yaklaşık 11A'ya düşer;11. harmonik akım 101A'den yaklaşık 9A'ya düşer;GB/T14549-93 “Kamu Şebekesinin Güç Kalitesi Harmonikleri” ulusal standardına uygundur;
3) Harmonik kontrolünden sonra transformatörün sıcaklığı 75 dereceden 50 dereceye düşürülür, bu da çok fazla elektrik enerjisi tasarrufu sağlar, transformatörün ek kaybını azaltır, gürültüyü azaltır, transformatörün yük kapasitesini artırır ve ömrünü uzatır. transformatörün servis ömrü;
4) Arıtmadan sonra, ara frekanslı fırının güç kaynağı kalitesi etkili bir şekilde iyileştirilir ve ara frekanslı güç kaynağının kullanım oranı iyileştirilir; bu, sistemin uzun vadeli güvenli ve ekonomik çalışmasına ve iyileştirilmesine yardımcı olur. ekonomik faydalar;
5) Dağıtım hattından akan akımın etkin değerini azaltın, güç faktörünü iyileştirin ve dağıtım hattından akan harmonikleri ortadan kaldırın, böylece hat kaybını büyük ölçüde azaltın, dağıtım kablosunun sıcaklık artışını azaltın ve yükü iyileştirin hattın kapasitesi;
6) Kontrol ekipmanının ve röle koruma cihazlarının yanlış çalışmasını veya reddedilmesini azaltın ve güç kaynağının güvenliğini ve güvenilirliğini artırın;
7) Üç fazlı akım dengesizliğini telafi edin, transformatörün, hattın ve nötr akımın bakır kaybını azaltın ve güç kaynağının kalitesini artırın;
8) APF bağlandıktan sonra trafo ve dağıtım kablolarının yük kapasitesini de artırabilir; bu da sistemin genişlemesine eşdeğerdir ve sistemin genişletilmesine yapılan yatırımı azaltır.
Gönderim zamanı: Nis-13-2023