A fim de reduzir a poluição por corrente de pulso causada pelo forno de frequência intermediária, a China adotou a tecnologia retificadora multipulso e desenvolveu vários equipamentos de forno de frequência intermediária, como fornos de frequência intermediária de 6 pulsos, 12 pulsos e 24 pulsos, mas porque o custo deste último é relativamente alto, muitas empresas siderúrgicas ainda estão derretendo materiais metálicos em fornos de frequência intermediária de 6 pulsos, e o problema da poluição ambiental por corrente de pulso não pode ser ignorado.Atualmente, existem principalmente dois tipos de esquemas de gerenciamento para harmônicos de fornos de frequência: um é o esquema de gerenciamento de alívio, que é um dos métodos para se livrar dos problemas harmônicos atuais, e é uma medida preventiva para evitar os harmônicos de intermediário fornos de indução de frequência.Embora o segundo método possa lidar com o problema cada vez mais sério da poluição ambiental harmónica de muitas maneiras, para os fornos de indução de frequência intermédia actualmente utilizados, apenas o primeiro método pode ser utilizado para compensar as harmónicas resultantes.Este artigo discute o princípio do forno IF e suas medidas de controle de harmônicos, e propõe um filtro de potência ativo (APF) para compensar e controlar os harmônicos em diferentes estágios do forno IF de 6 pulsos.
Princípio elétrico do forno de frequência intermediária.
O forno de frequência intermediária é um dispositivo de aquecimento de metal rápido e estável, e seu equipamento principal é uma fonte de alimentação de frequência intermediária.A fonte de alimentação do forno de frequência intermediária geralmente adota o método de conversão AC-DC-AC, e a corrente alternada de frequência de energia de entrada é emitida como corrente alternada de frequência intermediária, e a mudança de frequência não é limitada pela frequência da rede elétrica.O diagrama de blocos do circuito é mostrado na Figura 1:
Na Figura 1, a principal função de uma parte do circuito inversor é converter a corrente CA comercial trifásica do fornecedor de transmissão e distribuição de energia em corrente CA, incluindo o circuito de alimentação do fornecedor de transmissão e distribuição de energia, ponte retificadora circuito, circuito de filtro e circuito de controle do retificador.A principal função da parte do inversor é converter a corrente CA em uma corrente CA monofásica de alta frequência (50 ~ 10000 Hz), incluindo o circuito de alimentação do inversor, o circuito de alimentação de partida e o circuito de alimentação de carga.Finalmente, a corrente alternada monofásica de média frequência na bobina de indução do forno gera um campo magnético alternado de média frequência, que faz com que a carga no forno gere força eletromotriz de indução, gera uma grande corrente parasita na carga, e aquece a carga para derreter.
Análise Harmônica
Os harmônicos injetados na rede elétrica pela fonte de alimentação de frequência intermediária ocorrem principalmente no dispositivo retificador.Aqui tomamos o circuito retificador de ponte trifásico de controle total de seis pulsos como exemplo para analisar o conteúdo dos harmônicos.Desprezando todo o processo de transferência de fase e pulsação de corrente do circuito inversor tiristor da cadeia trifásica de liberação do produto, assumindo que a reatância do lado CA é zero e a indutância CA é infinita, usando o método de análise de Fourier, a metade negativa e positiva correntes de onda podem ser O centro do círculo é usado como o ponto zero do tempo, e a fórmula é derivada para calcular a tensão da fase A do lado CA.
Na fórmula: Id é o valor médio da corrente lateral DC do circuito retificador.
Pode-se observar pela fórmula acima que para um forno de frequência intermediária de 6 pulsos, ele pode gerar um grande número de 5º, 7º, 1º, 13º, 17º, 19º e outros harmônicos, que podem ser resumidos como 6k ± 1 (k é um número inteiro positivo) harmônicos, o valor efetivo de cada harmônico é inversamente proporcional à ordem harmônica, e a razão para o valor efetivo fundamental é o inverso da ordem harmônica.
Estrutura do circuito do forno de frequência intermediária.
De acordo com os diferentes componentes de armazenamento de energia DC, os fornos de frequência intermediária podem geralmente ser divididos em fornos de frequência intermediária do tipo corrente e fornos de frequência intermediária do tipo tensão.O elemento de armazenamento de energia do forno de frequência intermediária do tipo corrente é um grande indutor, enquanto o elemento de armazenamento de energia do forno de frequência intermediária do tipo tensão é um grande capacitor.Existem outras diferenças entre os dois, tais como: o forno de frequência intermediária do tipo corrente é controlado por tiristor, o circuito de ressonância de carga é de ressonância paralela, enquanto o forno de frequência intermediária do tipo tensão é controlado por IGBT, e o circuito de ressonância de carga é ressonância em série.Sua estrutura básica é mostrada na Figura 2 e Figura 3.
geração harmônica
Os chamados harmônicos de alta ordem referem-se aos componentes acima do múltiplo inteiro da frequência fundamental obtido pela decomposição da série AC Fourier periódica não senoidal, geralmente chamados de harmônicos de alta ordem.Frequência (50 Hz) O componente da mesma frequência.A interferência harmônica é um grande “incômodo público” que afeta a qualidade da energia do sistema elétrico atual.
Os harmônicos reduzem a transmissão e utilização da engenharia de energia, superaquecem os equipamentos elétricos, causam vibração e ruído, deterioram a camada de isolamento, reduzem a vida útil e causam falhas e desgastes comuns.Aumente o conteúdo harmônico, queime equipamentos de compensação de capacitores e outros equipamentos.Caso a compensação por invalidez não possa ser utilizada, serão incorridas multas por invalidação e as contas de luz aumentarão.Correntes de pulso de alta ordem causarão mau funcionamento de dispositivos de proteção de relés e robôs inteligentes, e a medição precisa do consumo de energia será confusa.Fora do sistema de alimentação, os harmônicos têm um grande impacto nos equipamentos de comunicação e nos produtos eletrônicos.A sobretensão temporária e a sobretensão temporária que geram harmônicos destruirão a camada de isolamento de máquinas e equipamentos, causando falhas de curto-circuito trifásico, e a corrente harmônica e a tensão de transformadores danificados produzirão parcialmente ressonância em série e ressonância paralela na rede pública de energia , causando graves acidentes de segurança.
O forno elétrico de frequência intermediária é um tipo de fonte de alimentação de frequência intermediária, que é convertida em frequência intermediária por meio de precisão e inversor, e gera um grande número de harmônicos prejudiciais de alta ordem na rede elétrica.Portanto, melhorar a qualidade da energia dos fornos de frequência intermediária tornou-se a principal prioridade da pesquisa científica.
plano de governação
Um grande número de conexões de dados de fornos de frequência intermediária agravou a poluição por correntes pulsadas da rede elétrica.A pesquisa sobre o controle harmônico de fornos de frequência intermediária tornou-se uma tarefa urgente e tem sido amplamente valorizada pelos estudiosos.Para que o impacto dos harmônicos gerados pelo forno de frequência na rede pública atenda aos requisitos do sistema de fornecimento e distribuição de energia para equipamentos de terrenos comerciais, é necessário tomar ativamente medidas para eliminar a poluição harmônica.As precauções práticas são as seguintes.
Primeiro, o transformador usa um padrão Y/Y/conexão.No forno de indução de média frequência para grandes espaços, o transformador de comutação à prova de explosão adota o método de fiação Y/Y/△.Ao alterar o método de fiação do reator para se comunicar com o transformador lateral CA, ele pode compensar a corrente de pulso característica de alta ordem que não é alta.Mas o custo é alto.
A segunda é usar filtro passivo LC.A estrutura principal é usar capacitores e reatores em série para formar anéis da série LC, que são paralelos no sistema.Este método é tradicional e pode compensar harmônicos e cargas reativas.Possui uma estrutura simples e tem sido amplamente utilizada.No entanto, o desempenho da compensação é afetado pela impedância característica da rede e do ambiente operacional, e é fácil causar ressonância paralela com o sistema.Ele só pode compensar correntes de pulso de frequência fixa e o efeito de compensação não é ideal.
Terceiro, usando o filtro ativo APF, a supressão harmônica de alta ordem é um método relativamente novo.APF é um dispositivo de compensação de corrente de pulso dinâmico, com design de alta partição e capacidade de resposta de alta velocidade, pode rastrear e compensar correntes de pulso com mudanças de frequência e intensidade, tem bom desempenho dinâmico e o desempenho de compensação não será afetado pela impedância característica.O efeito da remuneração atual é bom, por isso é amplamente valorizado.
O filtro de potência ativo é desenvolvido com base na filtragem passiva e seu efeito de filtragem é excelente.Dentro da faixa de sua carga de potência reativa nominal, o efeito de filtragem é de 100%.
Filtro de potência ativa, ou seja, filtro de potência ativa, filtro de potência ativa APF é diferente do método de compensação fixa do filtro LC tradicional e realiza compensação de rastreamento dinâmico, que pode compensar com precisão harmônicos e potência reativa de tamanho e frequência.O filtro ativo APF pertence ao equipamento de compensação de corrente de pulso de alta ordem do tipo série.Ele monitora a corrente de carga em tempo real de acordo com o conversor externo, calcula o componente de corrente de pulso de alta ordem na corrente de carga de acordo com o DSP interno e envia o sinal de dados de controle para a fonte de alimentação do inversor., A fonte de alimentação do inversor é usada para gerar uma corrente harmônica de alta ordem do mesmo tamanho que a corrente harmônica de alta ordem de carga, e a corrente harmônica reversa de alta ordem é introduzida na rede elétrica para manter a função de filtro ativo.
Princípio de funcionamento do APF
O filtro ativo Hongyan detecta a corrente de carga em tempo real através do transformador de corrente externo CT e extrai o componente harmônico da corrente de carga por meio do cálculo DSP interno e o converte em um sinal de controle no processador de sinal digital.Ao mesmo tempo, o processador de sinal digital gera uma série de sinais de modulação por largura de pulso PWM e os envia para o módulo de potência IGBT interno, controlando a fase de saída do inversor para ser oposta à direção da corrente harmônica de carga, e a corrente com a mesma amplitude, as duas correntes harmônicas são exatamente opostas uma à outra.Offset, de modo a atingir a função de filtragem de harmônicos.
Características técnicas do APF
1. Equilíbrio trifásico
2. Compensação de potência reativa, fornecendo fator de potência
3. Com função de limitação automática de corrente, nenhuma sobrecarga ocorrerá
4. Compensação harmônica, pode filtrar 2 ~ 50ª corrente harmônica ao mesmo tempo
5. Design e seleção simples, só precisa medir o tamanho da corrente harmônica
6. Corrente de injeção dinâmica monofásica, não afetada pelo desequilíbrio do sistema
7. Resposta às mudanças de carga dentro de 40US, o tempo de resposta total é de 10ms (1/2 ciclo)
Efeito de filtragem
A taxa de controle harmônico é de até 97% e a faixa de controle de harmônicos é de 2 a 50 vezes.
Método de filtragem mais seguro e estável;
O modo de controle disruptivo líder na indústria, a frequência de comutação é tão alta quanto 20KHz, o que minimiza a perda de filtragem e melhora muito a velocidade de filtragem e a precisão de saída.E apresenta impedância infinita ao sistema de rede, o que não afeta a impedância do sistema de rede;e a forma de onda de saída é precisa e perfeita e não afetará outros equipamentos.
Adaptabilidade ambiental mais forte
Compatível com geradores a diesel, melhorando a capacidade de desvio de energia de reserva;
Maior tolerância a flutuações e distorções na tensão de entrada;
Dispositivo padrão de proteção contra raios classe C, melhora a capacidade de suportar condições climáticas adversas;
A faixa aplicável de temperatura ambiente é mais forte, até -20°C~70°C.
Formulários
O principal equipamento de uma fundição é um forno elétrico de frequência intermediária.O forno elétrico de frequência intermediária é uma fonte harmônica típica, que gera um grande número de harmônicos, fazendo com que o capacitor de compensação não funcione normalmente.Ou seja, a temperatura do transformador chega a 75 graus no verão, causando desperdício de energia elétrica e encurtando sua vida útil.
A oficina de fundição do forno de frequência intermediária é alimentada por tensão de 0,4KV, e sua carga principal é o forno de frequência intermediária de retificação de 6 pulsos.O equipamento retificador gera um grande número de harmônicos ao converter CA em CC durante o trabalho, que é uma fonte harmônica típica;corrente harmônica é injetada na rede elétrica, tensão harmônica é gerada na impedância da rede, causando tensão da rede e distorção de corrente, afetando a qualidade do fornecimento de energia e a segurança da operação, aumentando a perda de linha e o deslocamento de tensão, e tendo um impacto negativo na rede e no equipamentos elétricos da própria fábrica.
1. Análise harmônica característica
1) O dispositivo de retificação do forno de frequência intermediária é uma retificação controlável de 6 pulsos;
2) Os harmônicos gerados pelo retificador são 6K+1 harmônicos ímpares.A série de Fourier é usada para decompor e transformar a corrente.Pode-se observar que a forma de onda da corrente contém harmônicos 6K±1 superiores.De acordo com os dados de teste do forno de frequência intermediária, o conteúdo harmônico da corrente de onda é mostrado na tabela abaixo:
Durante o processo de trabalho do forno de frequência intermediária, é gerado um grande número de harmônicos.De acordo com os resultados de teste e cálculo do forno de frequência intermediária, os harmônicos característicos são principalmente o 5º, e as correntes harmônicas de 7º, 11º e 13º são relativamente grandes e a distorção de tensão e corrente é séria.
2. Esquema de controle harmônico
De acordo com a situação real da empresa, a Hongyan Electric projetou um conjunto completo de soluções de filtragem para o controle harmônico de fornos de frequência intermediária.Considerando o fator de potência da carga, as necessidades de absorção de harmônicos e os harmônicos de fundo, um conjunto de dispositivos de filtragem ativa é instalado no lado de baixa tensão de 0,4KV do transformador corporativo.Harmônicos são governados.
3. Análise do efeito do filtro
1) O dispositivo de filtro ativo é colocado em operação e rastreia automaticamente as alterações de vários equipamentos de carga do forno de frequência intermediária, para que cada harmônico possa ser efetivamente filtrado.Evite o desgaste causado pela ressonância paralela do banco de capacitores e do circuito do sistema, e garanta o funcionamento normal do gabinete de compensação de potência reativa;
2) As correntes harmônicas foram efetivamente melhoradas após o tratamento.As correntes harmônicas de 5º, 7º e 11º que não foram utilizadas foram seriamente excedidas.Por exemplo, a corrente do 5º harmônico cai de 312A para cerca de 16A;a corrente do 7º harmônico cai de 153A para cerca de 11A;a corrente do 11º harmônico cai de 101A para cerca de 9A;Em conformidade com o padrão nacional GB/T14549-93 “Harmônicos de qualidade de energia da rede pública”;
3) Após o controle harmônico, a temperatura do transformador é reduzida de 75 graus para 50 graus, o que economiza muita energia elétrica, reduz a perda adicional do transformador, reduz o ruído, melhora a capacidade de carga do transformador e prolonga o vida útil do transformador;
4) Após o tratamento, a qualidade da fonte de alimentação do forno de frequência intermediária é efetivamente melhorada e a taxa de utilização da fonte de alimentação de frequência intermediária é melhorada, o que conduz à operação segura e econômica a longo prazo do sistema e à melhoria de benefícios econômicos;
5) Reduza o valor efetivo da corrente que flui através da linha de distribuição, melhore o fator de potência e elimine os harmônicos que fluem através da linha de distribuição, reduzindo significativamente a perda da linha, reduzindo o aumento de temperatura do cabo de distribuição e melhorando a carga capacidade da linha;
6) Reduzir o mau funcionamento ou recusa de equipamentos de controle e dispositivos de proteção de relés e melhorar a segurança e confiabilidade do fornecimento de energia;
7) Compensar o desequilíbrio da corrente trifásica, reduzir a perda de cobre do transformador e da linha e da corrente neutra e melhorar a qualidade do fornecimento de energia;
8) Depois de conectado o APF, ele também pode aumentar a capacidade de carga do transformador e dos cabos de distribuição, o que equivale a uma expansão do sistema e reduz o investimento na expansão do sistema.
Horário da postagem: 13 de abril de 2023