Orta frekanslı fırının neden olduğu darbe akımı kirliliğini azaltmak için Çin, çok darbeli doğrultucu teknolojisini benimsedi ve 6 darbeli, 12 darbeli ve 24 darbeli ara frekans fırınları gibi birkaç ara frekanslı fırın ekipmanı geliştirdi. ikincisinin maliyeti nispeten yüksek olduğundan, birçok demir üreticisi şirket hala metal malzemeleri 6 darbeli ara frekans fırınlarında eritiyor ve darbe akımı çevre kirliliği sorunu göz ardı edilemez.Şu anda, frekans fırını harmonikleri için başlıca iki tür yönetim şeması vardır: biri, mevcut harmonik problemlerinden kurtulmanın yöntemlerinden biri olan ve ara harmonikleri önlemek için önleyici bir önlem olan tahliye yönetim şemasıdır. frekans indüksiyon fırınları.İkinci yöntem, giderek daha ciddi hale gelen harmonik çevre kirliliği sorununu birçok şekilde çözebilse de, şu anda 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 dengelemek ve kontrol etmek için bir aktif güç filtresi (APF) önermektedir.
Ara frekans fırınının elektrik prensibi.
Ara frekans fırını, hızlı ve kararlı bir metal ısıtma cihazıdır ve temel ekipmanı, bir ara frekans güç kaynağıdır.Ara frekans fırınının güç kaynağı genellikle AC-DC-AC dönüştürme yöntemini benimser ve giriş gücü frekansı alternatif akımı, ara frekans alternatif akımı olarak çıkar ve frekans değişikliği, güç şebekesinin frekansı ile sınırlı değildir.Devre blok şeması Şekil 1'de gösterilmektedir:
Şekil 1'de, invertör devresinin bir bölümünün ana işlevi, güç iletim ve dağıtım sağlayıcısının üç fazlı ticari AC akımını, güç iletim ve dağıtım sağlayıcısının güç kaynağı devresi, köprü doğrultucu dahil olmak üzere AC akımına dönüştürmektir. devre, filtre devresi ve doğrultucu kontrol devresi.İnverter parçasının ana işlevi, AC akımını inverter güç devresi, başlangıç güç devresi ve yük güç devresi dahil tek fazlı yüksek frekanslı AC akıma (50~10000Hz) dönüştürmektir.Son olarak, fırındaki endüksiyon bobinindeki tek fazlı orta frekanslı alternatif akım, fırındaki yükün indüksiyon elektromotor kuvveti oluşturmasına neden olan, şarjda büyük bir girdap akımı oluşturan orta frekanslı bir alternatif manyetik alan oluşturur ve eritmek için yükü ısıtır.
Harmonik Analiz
Ara frekans güç kaynağı tarafından güç şebekesine enjekte edilen harmonikler, esas olarak doğrultucu cihazda meydana gelir.Burada, harmoniklerin içeriğini analiz etmek için üç fazlı altı darbeli tam kontrollü köprü doğrultucu devresini örnek olarak alıyoruz.Fourier analiz yöntemini kullanarak, AC yan reaktansının sıfır ve AC endüktansının sonsuz olduğunu varsayarak, üç fazlı ürün serbest bırakma zincirinin tristör invertör devresinin tüm faz transfer sürecini ve akım titreşimini ihmal ederek, negatif ve pozitif yarı -dalga akımları olabilir Çemberin merkezi zamanın sıfır noktası olarak kullanılır ve AC tarafının a-faz gerilimini hesaplamak için formül türetilir.
Formülde: Id, doğrultucu devresinin DC yan akımının ortalama değeridir.
Yukarıdaki formülden, 6 darbeli bir ara frekans fırını için çok sayıda 5., 7., 1., 13., 17., 19. ve 6k ± 1 (k pozitif Tamsayı) harmoniklerde, her harmoniğin efektif değeri harmonik sıra ile ters orantılıdır ve temel efektif değere oran harmonik sıranın tersidir.
Ara frekans fırın devre yapısı.
Farklı DC enerji depolama bileşenlerine göre, ara frekans fırınları genel olarak akım tipi ara frekans fırınları ve voltaj tipi ara frekans fırınları olarak ayrılabilir.Akım tipi ara frekans fırınının enerji depolama elemanı büyük bir indüktörken, voltaj tipi ara frekans fırınının enerji depolama elemanı büyük bir kapasitördür.İkisi arasında başka farklılıklar da vardır, örneğin: akım tipi ara frekans fırını tristör tarafından kontrol edilir, yük rezonans devresi paralel rezonanstır, voltaj tipi ara frekans fırını IGBT tarafından kontrol edilir ve yük rezonans devresi seri rezonansTemel yapısı Şekil 2 ve Şekil 3'te gösterilmiştir.
harmonik nesil
Sözde yüksek dereceli harmonikler, genellikle yüksek dereceli harmonikler olarak adlandırılan periyodik sinüzoidal olmayan AC Fourier serisinin 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, titreşime ve gürültüye neden olur, yalıtım tabakasının bozulmasına, hizmet ömrünün kısalmasına ve yaygın arızalara ve yanmaya neden olur.Harmonik içeriği artırın, kapasitör kompanzasyon ekipmanını ve diğer ekipmanı tüketin.Maluliyet tazminatının kullanılamaması durumunda maluliyet cezaları tahakkuk edecek ve elektrik faturaları artacaktır.Yüksek dereceli darbe akımları, röle koruma cihazlarının ve akıllı robotların yanlış çalışmasına neden olacak ve güç tüketiminin kesin ölçümü karıştırılacaktır.Güç kaynağı sisteminin dışında, harmoniklerin iletişim ekipmanı 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 olur ve hasarlı trafoların harmonik akımı ve gerilimi kısmen kamu elektrik şebekesinde seri rezonans ve paralel rezonans üretir. , büyük güvenlik kazalarına neden olur.
Orta frekanslı elektrikli fırın, hassas ve invertör yoluyla ara frekansa dönüştürülen ve elektrik şebekesinde çok sayıda zararlı yüksek dereceli harmonik üreten bir tür ara frekanslı güç kaynağıdır.Bu nedenle, ara frekans fırınlarının güç kalitesinin iyileştirilmesi, bilimsel araştırmaların en önemli önceliği haline gelmiştir.
yönetişim planı
Ara frekans fırınlarının çok sayıda veri bağlantısı, elektrik şebekesinin darbe akımı kirliliğini artırdı.Ara frekans fırınlarının harmonik kontrolü üzerine yapılan araştırmalar acil bir görev haline geldi ve akademisyenler tarafından büyük ölçüde değer gördü.Frekans fırını tarafından üretilen harmoniklerin kamu şebekesi üzerindeki etkisinin, ekipman ticari arazisi için güç kaynağı ve dağıtım sisteminin gereksinimlerini karşılamasını sağlamak için, harmonik kirliliğini ortadan kaldıracak önlemlerin aktif olarak alınması gerekmektedir.Pratik önlemler aşağıdaki gibidir.
İlk olarak, transformatör bir Y/Y/bağlantı modeli kullanır.Geniş alanlı orta frekanslı endüksiyon ocağında, patlamaya dayanıklı anahtarlama trafosu Y/Y/△ kablolama yöntemini benimser.AC tarafındaki trafo ile iletişim kurmak için balastın kablolama yöntemini değiştirerek, yüksek olmayan karakteristik yüksek dereceli darbe akımını dengeleyebilir.Ama maliyeti yüksek.
İkincisi, 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 dengeleyebilir.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 frekans darbe akımlarını telafi edebilir ve dengeleme etkisi ideal değildir.
Üçüncüsü, APF aktif filtresini kullanarak, yüksek dereceli harmonik bastırma nispeten yeni bir yöntemdir.APF, yüksek bölme tasarımı ve yüksek hızlı yanıt verme özelliğine sahip dinamik bir darbe akımı kompanzasyon cihazıdır, frekans ve yoğunluk değişiklikleri ile darbe akımlarını izleyebilir ve telafi edebilir, iyi dinamik performansa sahiptir ve kompanzasyon performansı karakteristik empedanstan etkilenmeyecektir.Mevcut tazminatın etkisi iyidir, bu nedenle yaygın olarak 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 telafisini gerçekleştirir.APF aktif filtresi, seri tip yüksek dereceli darbe akımı kompanzasyon ekipmanına aittir.Yük akımını harici dönüştürücüye göre gerçek zamanlı olarak izler, yük akımındaki yüksek dereceli darbe akımı bileşenini dahili DSP'ye göre hesaplar ve kontrol veri sinyalini inverter güç kaynağına verir., İnvertör güç kaynağı, yük yüksek dereceli harmonik akımıyla aynı boyutta yüksek dereceli bir harmonik akım üretmek için kullanılır ve aktif filtre işlevini sürdürmek için güç şebekesine ters yüksek dereceli harmonik akım verilir.
APF'nin çalışma prensibi
Hongyan aktif filtresi, yük akımını harici akım trafosu CT aracılığıyla 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 sürücünün çıkış fazını yük harmonik akımının yönünün tersi olacak şekilde kontrol eder ve akım aynı genlikte, iki harmonik akım birbirinin tam tersidir.Harmonikleri filtreleme işlevine ulaşmak için ofset.
APF teknik özellikleri
1. Üç fazlı denge
2. Güç faktörü sağlayan reaktif güç kompanzasyonu
3. Otomatik akım sınırlama fonksiyonu ile aşırı yük oluşmayacaktır.
4. Harmonik kompanzasyon, aynı anda 2~50. harmonik akımı filtreleyebilir
5. Basit tasarım ve seçim, sadece harmonik akımın boyutunu ölçmeniz gerekir
6. Sistem dengesizliğinden etkilenmeyen tek fazlı dinamik enjeksiyon akımı
7. 40US içindeki 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;
Endüstride lider yıkıcı kontrol modu olan anahtarlama frekansı 20KHz kadar yüksektir, bu da filtreleme kaybını en aza indirir ve filtreleme hızını ve çıkış doğruluğunu büyük ölçüde geliştirir.Ve şebeke sistemi empedansını etkilemeyen şebeke sistemine sonsuz empedans sunar;ve çıkış dalga biçimi doğru ve kusursuzdur ve diğer ekipmanı etkilemeyecektir.
Daha güçlü çevresel uyumluluk
Dizel jeneratörlerle uyumludur, yedek güç aktarma yeteneğini geliştirir;
Giriş voltajı dalgalanmalarına ve bozulmalarına karşı daha yüksek tolerans;
Standart C sınıfı yıldırımdan korunma cihazı, kötü hava koşullarına dayanma yeteneğini geliştirir;
Uygulanabilir ortam sıcaklığı aralığı, -20°C~70°C'ye kadar daha güçlüdür.
Uygulamalar
Bir dökümhane şirketinin ana ekipmanı ara frekanslı bir elektrikli fırındır.Orta frekanslı elektrikli fırın, çok sayıda harmonik üreten ve kompanzasyon kapasitörünün normal şekilde çalışmamasına neden olan tipik bir harmonik kaynağıdır.Ya da yazın trafonun sıcaklığı 75 dereceye ulaşarak elektrik enerjisinin boşa harcanmasına ve ömrünün kısalmasına neden olur.
Ara frekans fırınının döküm atölyesi, 0.4KV voltajla çalışır ve ana yükü, 6 darbeli doğrultma ara frekans fırınıdır.Doğrultucu ekipmanı, tipik bir harmonik kaynağı olan çalışma sırasında AC'yi DC'ye dönüştürürken çok sayıda harmonik üretir;Harmonik akım güç şebekesine enjekte edilir, Şebeke empedansında harmonik voltaj üretilir, şebeke voltajına ve akım bozulmasına neden olur, güç kaynağı kalitesini ve çalışma güvenliğini etkiler, hat kaybını ve voltaj ofsetini arttırır ve şebeke ve şebeke üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. fabrikanın kendisinin elektrikli ekipmanı.
1. Karakteristik harmonik analizi
1) Ara frekans fırınının düzeltme cihazı, 6 darbeli kontrol edilebilir bir düzeltmedir;
2) Doğrultucu tarafından üretilen harmonikler 6K+1 tekli harmoniklerdir.Fourier serisi akımı ayrıştırmak ve dönüştürmek için kullanılır.Mevcut dalga formunun 6K±1 daha yüksek harmonikler içerdiği görülmektedir.Ara frekans fırınının test verilerine göre, harmonik dalga akımı içeriği aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:
Ara frekans fırınının çalışma sürecinde çok sayıda harmonik üretilir.Ara frekans fırınının test ve hesaplama sonuçlarına göre, karakteristik harmonikler esas olarak 5. ve 7., 11. ve 13. harmonik akımları nispeten büyüktür ve voltaj ve akım bozulması ciddidir.
2. Harmonik kontrol şeması
İşletmenin gerçek durumuna göre, Hongyan Electric, ara frekans fırınlarının harmonik kontrolü için eksiksiz bir filtreleme çözümleri seti tasarladı.Yük güç faktörü, harmonik absorpsiyon ihtiyaçları ve arka plan harmonikleri dikkate alınarak, işletme trafosunun 0,4KV alçak gerilim tarafına bir dizi aktif filtreleme cihazı kurulur.Harmonikler yönetilir.
3. Filtre etkisi analizi
1) Aktif filtre cihazı devreye alınır ve ara frekans fırınının çeşitli yük ekipmanlarındaki değişiklikleri otomatik olarak izler, böylece her harmonik etkili bir şekilde filtrelenebilir.Kapasitör bankasının ve sistem devresinin paralel rezonansından kaynaklanan yanmadan kaçının ve reaktif güç kompanzasyon kabininin normal çalışmasını sağlayın;
2) Tedaviden sonra harmonik akımlar etkili bir şekilde iyileştirildi.Devreye alınmayan 5., 7. ve 11. harmonik akımları ciddi şekilde aşıldı.Örneğin, 5. harmonik akımı 312A'dan yaklaşık 16A'ya düşer;7. harmonik akım 153A'dan yaklaşık 11A'ya düşer;11. harmonik akım 101A'dan 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 hizmet ömrü;
4) İşlemden sonra, ara frekanslı fırının güç kaynağı kalitesi etkili bir şekilde iyileştirilir ve sistemin uzun vadeli güvenli ve ekonomik çalışmasına ve iyileştirilmesine elverişli olan ara frekanslı güç kaynağının kullanım oranı iyileştirilir. 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 ve hattın ve nötr akımın bakır kaybını azaltın ve güç kaynağının kalitesini iyileştirin;
8) APF bağlandıktan sonra trafo ve dağıtım kablolarının yük kapasitesini de artırabilir, bu da sistemin genişlemesine eşdeğerdir ve sistemin genişlemesine yapılan yatırımı azaltır.
Gönderim zamanı: 13 Nisan 2023