A fim de reduzir a poluição da corrente de pulso causada pelo forno de frequência intermediária, a China adotou a tecnologia de retificador 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 basicamente dois tipos de esquemas de gerenciamento para harmônicos de forno de frequência: um é o esquema de gerenciamento de alívio, que é um dos métodos para se livrar dos problemas de 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 harmônica de várias maneiras, para os fornos de indução de frequência intermediária usados atualmente, apenas o primeiro método pode ser usado para compensar os harmônicos resultantes.Este artigo discute o princípio do forno IF e suas medidas de controle de harmônicos, e propõe um filtro de potência ativa (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 entrada é produzida 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 provedor de transmissão e distribuição de energia em corrente CA, incluindo o circuito de alimentação do provedor 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, circuito de alimentação de partida e circuito de alimentação de carga.Finalmente, a corrente alternada monofásica de média frequência na bobina de indução no 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 de controle total trifásico de seis pulsos como um exemplo para analisar o conteúdo dos harmônicos.Desprezando todo o processo de transferência de fase e a 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 As 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 do lado CC do circuito retificador.
Pode ser visto na 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 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 recíproco 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 geralmente podem 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 atual 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 tipo corrente é controlado por tiristor, o circuito de ressonância de carga é ressonância paralela, enquanto o forno de frequência intermediária 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 na 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 periódica AC Fourier 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 de energia do sistema de energia atual.
Os harmônicos reduzem a transmissão e a utilização da engenharia de energia, fazem o equipamento elétrico superaquecer, causam vibração e ruído, deterioram a camada de isolamento, reduzem a vida útil e causam falhas comuns e queimaduras.Aumente o conteúdo harmônico, queime equipamentos de compensação de capacitores e outros equipamentos.No caso em que a compensação de invalidação não pode ser usada, multas de invalidação serão incorridas e as contas de eletricidade aumentarão.Correntes de pulso de alta ordem causarão operação incorreta de dispositivos de proteção de relé 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 produtos eletrônicos.A sobretensão temporária e a sobretensão temporária que geram harmônicos destruirão a camada de isolamento de máquinas e equipamentos, causando falhas trifásicas de curto-circuito, e a corrente harmônica e a tensão dos transformadores danificados produzirão parcialmente ressonância em série e ressonância paralela na rede pública de energia , causando acidentes graves 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 de energia dos fornos de frequência intermediária tornou-se a principal prioridade da pesquisa científica.
plano de governança
Um grande número de conexões de dados de fornos de frequência intermediária agravou a poluição da corrente de pulso 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.A fim de fazer com 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 comerciais, é necessário tomar medidas ativas para eliminar a poluição harmônica.As precauções práticas são as seguintes.
Primeiro, o transformador usa um padrão de conexão Y/Y.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 do lado 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 o filtro passivo LC.A estrutura principal é usar capacitores e reatores em série para formar anéis de série LC, que são paralelos no sistema.Este método é tradicional e pode compensar tanto harmônicos quanto cargas reativas.Tem uma estrutura simples e tem sido amplamente utilizado.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.
Em terceiro lugar, usando o filtro ativo APF, a supressão harmônica de alta ordem é um método relativamente novo.O APF é um dispositivo dinâmico de compensação de corrente de pulso, 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 compensação atual é bom, por isso é amplamente valorizado.
O filtro de energia ativa 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, isto é, 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 através 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 de 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.Deslocamento, 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 a 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 a 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 tão alta quanto 97%, e a faixa de controle harmônico é tão ampla quanto 2 a 50 vezes.
Método de filtragem mais seguro e estável;
O principal modo de controle disruptivo da 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 para o sistema de rede, o que não afeta a impedância do sistema de rede;e a forma de onda de saída é precisa e sem falhas e não afetará outros equipamentos.
Adaptabilidade ambiental mais forte
Compatível com geradores a diesel, melhorando a capacidade de desvio de energia de backup;
Maior tolerância a flutuações e distorções da tensão de entrada;
Dispositivo padrão de proteção contra raios de classe C, melhora a capacidade de resistir a condições climáticas adversas;
A faixa aplicável de temperatura ambiente é mais forte, até -20°C~70°C.
Formulários
O principal equipamento de uma empresa de fundição é um forno elétrico de frequência intermediária.O forno elétrico de frequência intermediária é uma fonte típica de harmônicos, que gera um grande número de harmônicos, fazendo com que o capacitor de compensação não opere 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 0,4 KV 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 para CC durante o trabalho, que é uma fonte típica de harmônicos;a corrente harmônica é injetada na rede elétrica, a tensão harmônica é gerada na impedância da rede, causando tensão na 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 ver que a forma de onda atual contém 6K±1 harmônicos mais altos.De acordo com os dados de teste do forno de frequência intermediária, o harmônico O conteúdo da corrente da onda é mostrado na tabela abaixo:
Durante o processo de trabalho do forno de frequência intermediária, um grande número de harmônicos é gerado.De acordo com os resultados de teste e cálculo do forno de frequência intermediária, os harmônicos característicos são principalmente o 5º, e o 7º, 11º e 13º correntes harmônicas 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 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 mudanças de vários equipamentos de carga do forno de frequência intermediária, para que cada harmônico possa ser efetivamente filtrado.Evite a queima causada pela ressonância paralela do banco de capacitores e do circuito do sistema e garanta o funcionamento normal do gabinete de compensação de energia reativa;
2) As correntes harmônicas foram efetivamente melhoradas após o tratamento.As correntes de 5º, 7º e 11º harmônicos que não foram colocadas em uso 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 a vida útil do transformador. 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 é propício para a operação econômica e segura a longo prazo do sistema e a melhoria da benefícios econômicos;
5) Reduza o valor efetivo da corrente que flui pela linha de distribuição, melhore o fator de potência e elimine os harmônicos que fluem pela linha de distribuição, reduzindo significativamente a perda de linha, reduzindo o aumento de temperatura do cabo de distribuição e melhorando a carga capacidade da linha;
6) Reduzir a operação incorreta ou recusa de equipamentos de controle e dispositivos de proteção de relé e melhorar a segurança e confiabilidade do fornecimento de energia;
7) Compense o desequilíbrio da corrente trifásica, reduza a perda de cobre do transformador e da linha e a corrente do neutro e melhore a qualidade do fornecimento de energia;
8) Após a conexão do 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 de postagem: 13 de abril de 2023