Um die durch den Zwischenfrequenzofen verursachte Impulsstromverschmutzung zu verringern, hat China die Multipuls-Gleichrichtertechnologie eingeführt und mehrere Zwischenfrequenzofengeräte wie 6-Puls-, 12-Puls- und 24-Puls-Zwischenfrequenzöfen entwickelt Da die Kosten für Letzteres relativ hoch sind, schmelzen viele Eisenhersteller immer noch Metallmaterialien in 6-Puls-Zwischenfrequenzöfen, und das Problem der Umweltverschmutzung durch Impulsströme kann nicht ignoriert werden.Gegenwärtig gibt es hauptsächlich zwei Arten von Managementsystemen für Frequenzofen-Oberwellen: Das eine ist das Managementsystem zur Entlastung, das eine der Methoden zur Beseitigung der aktuellen Oberwellenprobleme darstellt und eine vorbeugende Maßnahme zur Verhinderung der Oberwellen von Zwischenwellen darstellt Frequenzinduktionsöfen.Obwohl die zweite Methode das immer gravierendere Problem der harmonischen Umweltverschmutzung in vielerlei Hinsicht bewältigen kann, kann bei den derzeit verwendeten Zwischenfrequenz-Induktionsöfen nur die erste Methode zur Kompensation der resultierenden Oberwellen eingesetzt werden.In diesem Artikel werden das Prinzip des ZF-Ofens und seine Maßnahmen zur Oberschwingungskontrolle erörtert und ein aktiver Leistungsfilter (APF) zur Kompensation und Steuerung der Oberschwingungen in verschiedenen Stufen des 6-Puls-ZF-Ofens vorgeschlagen.
Elektrisches Prinzip eines Zwischenfrequenzofens.
Der Zwischenfrequenzofen ist ein schnelles und stabiles Metallheizgerät und seine Kernausrüstung ist eine Zwischenfrequenz-Stromversorgung.Die Stromversorgung des Zwischenfrequenzofens verwendet normalerweise die AC-DC-AC-Umwandlungsmethode, und der Wechselstrom der Eingangsleistungsfrequenz wird als Wechselstrom der Zwischenfrequenz ausgegeben, und die Frequenzänderung ist nicht durch die Frequenz des Stromnetzes begrenzt.Das Blockschaltbild ist in Abbildung 1 dargestellt:
In Abbildung 1 besteht die Hauptfunktion eines Teils der Wechselrichterschaltung darin, den dreiphasigen kommerziellen Wechselstrom des Stromübertragungs- und -verteilungsanbieters in Wechselstrom umzuwandeln, einschließlich des Stromversorgungskreises des Stromübertragungs- und -verteilungsanbieters, des Brückengleichrichters Schaltkreis, Filterkreis und Gleichrichtersteuerkreis.Die Hauptfunktion des Wechselrichterteils besteht darin, den Wechselstrom in einen einphasigen hochfrequenten Wechselstrom (50 ~ 10000 Hz) umzuwandeln, einschließlich des Wechselrichterstromkreises, des Startstromkreises und des Laststromkreises.Schließlich erzeugt der einphasige mittelfrequente Wechselstrom in der Induktionsspule im Ofen ein mittelfrequentes magnetisches Wechselfeld, das bewirkt, dass die Ladung im Ofen eine elektromotorische Induktionskraft erzeugt, einen großen Wirbelstrom in der Ladung erzeugt und erhitzt die Ladung zum Schmelzen.
Harmonische Analyse
Die von der Zwischenfrequenz-Stromversorgung in das Stromnetz eingespeisten Oberwellen entstehen hauptsächlich im Gleichrichtergerät.Hier nehmen wir die dreiphasige Sechspuls-Brückengleichrichterschaltung mit voller Steuerung als Beispiel, um den Inhalt der Oberwellen zu analysieren.Unter Vernachlässigung des gesamten Phasenübertragungsprozesses und der Strompulsation des Thyristor-Wechselrichterkreises der dreiphasigen Produktfreisetzungskette wird unter der Annahme, dass die AC-Seitenreaktanz Null und die AC-Induktivität unendlich ist, unter Verwendung der Fourier-Analysemethode die negative und positive Hälfte verwendet -Wellenströme können sein: Der Mittelpunkt des Kreises wird als Nullpunkt der Zeit verwendet, und die Formel wird abgeleitet, um die a-Phasenspannung der Wechselstromseite zu berechnen.
In der Formel: Id ist der Durchschnittswert des gleichstromseitigen Stroms der Gleichrichterschaltung.
Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass ein 6-Puls-Zwischenfrequenzofen eine große Anzahl von 5., 7., 1., 13., 17., 19. und anderen Harmonischen erzeugen kann, die als 6k ± 1 (k) zusammengefasst werden können ist eine positive ganze Zahl) Harmonische, der Effektivwert jeder Harmonischen ist umgekehrt proportional zur harmonischen Ordnung, und das Verhältnis zum fundamentalen Effektivwert ist der Kehrwert der harmonischen Ordnung.
Schaltungsstruktur eines Zwischenfrequenzofens.
Entsprechend den verschiedenen DC-Energiespeicherkomponenten können Zwischenfrequenzöfen im Allgemeinen in Zwischenfrequenzöfen vom Stromtyp und Zwischenfrequenzöfen vom Spannungstyp unterteilt werden.Das Energiespeicherelement des Zwischenfrequenzofens vom Stromtyp ist ein großer Induktor, während das Energiespeicherelement des Zwischenfrequenzofens vom Spannungstyp ein großer Kondensator ist.Es gibt weitere Unterschiede zwischen den beiden, wie zum Beispiel: Der Zwischenfrequenzofen vom Stromtyp wird durch einen Thyristor gesteuert, der Lastresonanzkreis ist eine Parallelresonanz, während der Zwischenfrequenzofen vom Spannungstyp durch IGBT gesteuert wird und der Lastresonanzkreis ist Serienresonanz.Der Grundaufbau ist in Abbildung 2 und Abbildung 3 dargestellt.
harmonische Erzeugung
Die sogenannten Harmonischen höherer Ordnung beziehen sich auf die Komponenten oberhalb des ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz, die durch Zerlegung der periodischen nicht-sinusförmigen AC-Fourier-Reihe erhalten werden und im Allgemeinen als Harmonische höherer Ordnung bezeichnet werden.Frequenz (50 Hz) Die Komponente derselben Frequenz.Harmonische Störungen sind ein großes „öffentliches Ärgernis“, das die Stromqualität des aktuellen Stromnetzes beeinträchtigt.
Oberwellen verringern die Übertragung und Nutzung der Energietechnik, führen zur Überhitzung elektrischer Geräte, verursachen Vibrationen und Lärm, verschlechtern die Isolationsschicht, verkürzen die Lebensdauer und verursachen häufige Störungen und Durchbrennen.Erhöhen Sie den Oberwellengehalt, brennen Sie Kondensatorkompensationsgeräte und andere Geräte aus.Für den Fall, dass eine Entschädigung für die Ungültigkeitserklärung nicht in Anspruch genommen werden kann, fallen Geldstrafen für die Ungültigkeitserklärung an und die Stromrechnungen erhöhen sich.Impulsströme höherer Ordnung führen zu Fehlfunktionen von Relaisschutzgeräten und intelligenten Robotern und die genaue Messung des Stromverbrauchs wird verfälscht.Außerhalb des Stromversorgungssystems haben Oberwellen einen großen Einfluss auf Kommunikationsgeräte und elektronische Produkte.Die vorübergehende Überspannung und die vorübergehende Überspannung, die Oberschwingungen erzeugen, zerstören die Isolationsschicht von Maschinen und Geräten und verursachen dreiphasige Kurzschlüsse. Der Oberschwingungsstrom und die Oberschwingungsspannung beschädigter Transformatoren erzeugen teilweise Serienresonanz und Parallelresonanz im öffentlichen Stromnetz , was zu schweren Sicherheitsunfällen führte.
Der Zwischenfrequenz-Elektroofen ist eine Art Zwischenfrequenz-Stromversorgung, die durch Präzision und Wechselrichter in Zwischenfrequenz umgewandelt wird und eine große Anzahl schädlicher Oberwellen höherer Ordnung im Stromnetz erzeugt.Daher ist die Verbesserung der Stromqualität von Zwischenfrequenzöfen zur obersten Priorität der wissenschaftlichen Forschung geworden.
Governance-Plan
Eine Vielzahl von Datenverbindungen von Zwischenfrequenzöfen haben die Belastung des Stromnetzes durch Impulsströme verschärft.Die Forschung zur harmonischen Steuerung von Zwischenfrequenzöfen ist zu einer dringenden Aufgabe geworden und wird von Wissenschaftlern weithin geschätzt.Damit die Auswirkungen der vom Frequenzofen erzeugten Oberschwingungen auf das öffentliche Netz den Anforderungen des Stromversorgungs- und Verteilungssystems für gewerbliche Grundstücke gerecht werden, müssen aktiv Maßnahmen zur Beseitigung der Oberschwingungsbelastung ergriffen werden.Die praktischen Vorsichtsmaßnahmen sind wie folgt.
Erstens verwendet der Transformator ein Y/Y/Verbindungsmuster.Im Mittelfrequenz-Induktionsofen für große Räume verwendet der explosionsgeschützte Schalttransformator die Y/Y/△-Verdrahtungsmethode.Durch Ändern der Verkabelungsmethode des Vorschaltgeräts für die Kommunikation mit dem Wechselstromtransformator kann der charakteristische Impulsstrom höherer Ordnung, der nicht hoch ist, ausgeglichen werden.Aber die Kosten sind hoch.
Die zweite besteht darin, einen passiven LC-Filter zu verwenden.Die Hauptstruktur besteht darin, Kondensatoren und Drosseln in Reihe zu schalten, um LC-Serienringe zu bilden, die im System parallel sind.Diese Methode ist traditionell und kann sowohl Oberschwingungen als auch Blindlasten kompensieren.Es hat eine einfache Struktur und ist weit verbreitet.Die Kompensationsleistung wird jedoch durch die charakteristische Impedanz des Netzwerks und die Betriebsumgebung beeinflusst, und es kann leicht zu Parallelresonanzen im System kommen.Es kann nur Impulsströme mit fester Frequenz kompensieren und der Kompensationseffekt ist nicht ideal.
Drittens ist die Unterdrückung von Oberwellen höherer Ordnung durch den Einsatz des aktiven APF-Filters eine relativ neue Methode.APF ist ein dynamisches Impulsstromkompensationsgerät mit hohem Partitionsdesign und hoher Reaktionsgeschwindigkeit. Es kann Impulsströme mit Frequenz- und Intensitätsänderungen verfolgen und kompensieren, weist eine gute dynamische Leistung auf und die Kompensationsleistung wird nicht durch die charakteristische Impedanz beeinträchtigt.Die Wirkung der aktuellen Entschädigung ist gut und wird daher allgemein geschätzt.
Der aktive Leistungsfilter basiert auf der passiven Filterung und weist eine hervorragende Filterwirkung auf.Im Bereich seiner Nennblindleistungsbelastung beträgt die Filterwirkung 100 %.
Wirkleistungsfilter, also Aktivleistungsfilter, APF-Wirkleistungsfilter, unterscheiden sich von der festen Kompensationsmethode herkömmlicher LC-Filter und realisieren eine dynamische Tracking-Kompensation, die Oberschwingungen und Blindleistung in Größe und Frequenz genau kompensieren kann.Der APF-Aktivfilter gehört zu den Serientyp-Impulsstromkompensationsgeräten höherer Ordnung.Es überwacht den Laststrom in Echtzeit gemäß dem externen Wandler, berechnet die Impulsstromkomponente höherer Ordnung im Laststrom gemäß dem internen DSP und gibt das Steuerdatensignal an die Wechselrichterstromversorgung aus., Die Stromversorgung des Wechselrichters wird verwendet, um einen Oberschwingungsstrom höherer Ordnung in der gleichen Größe wie der Oberschwingungsstrom hoher Ordnung der Last zu erzeugen, und der umgekehrte Oberschwingungsstrom hoher Ordnung wird in das Stromnetz eingespeist, um die aktive Filterfunktion aufrechtzuerhalten.
Funktionsprinzip von APF
Der aktive Filter von Hongyan erkennt den Laststrom in Echtzeit über den externen Stromtransformator CT, extrahiert die harmonische Komponente des Laststroms durch interne DSP-Berechnung und wandelt sie im digitalen Signalprozessor in ein Steuersignal um.Gleichzeitig erzeugt der digitale Signalprozessor eine Reihe von PWM-Pulsweitenmodulationssignalen und sendet sie an das interne IGBT-Leistungsmodul, wodurch die Ausgangsphase des Wechselrichters so gesteuert wird, dass sie der Richtung des Oberschwingungsstroms der Last und des Stroms entgegengesetzt ist Bei gleicher Amplitude sind die beiden harmonischen Ströme einander genau entgegengesetzt.Offset, um die Funktion des Filterns von Oberwellen zu erreichen.
Technische Merkmale des APF
1. Dreiphasengleichgewicht
2. Blindleistungskompensation zur Bereitstellung des Leistungsfaktors
3. Mit der automatischen Strombegrenzungsfunktion tritt keine Überlastung auf
4. Oberwellenkompensation, kann gleichzeitig den 2. bis 50. Oberwellenstrom herausfiltern
5. Einfaches Design und Auswahl, es muss nur die Größe des Oberschwingungsstroms gemessen werden
6. Einphasiger dynamischer Injektionsstrom, der nicht durch Systemungleichgewichte beeinflusst wird
7. Reaktion auf Laständerungen innerhalb von 40 US, die Gesamtreaktionszeit beträgt 10 ms (1/2 Zyklus).
Filterwirkung
Die harmonische Kontrollrate beträgt bis zu 97 %, und der harmonische Kontrollbereich beträgt das 2- bis 50-fache.
Sicherere und stabilere Filtermethode;
Als führender disruptiver Steuerungsmodus in der Branche beträgt die Schaltfrequenz bis zu 20 kHz, was den Filterverlust minimiert und die Filtergeschwindigkeit und Ausgangsgenauigkeit erheblich verbessert.Und es stellt eine unendliche Impedanz für das Netz dar, was keinen Einfluss auf die Impedanz des Netzsystems hat.und die Ausgangswellenform ist genau und fehlerfrei und hat keine Auswirkungen auf andere Geräte.
Stärkere Anpassungsfähigkeit an die Umwelt
Kompatibel mit Dieselgeneratoren, wodurch die Fähigkeit zur Notstromversorgung verbessert wird;
Höhere Toleranz gegenüber Schwankungen und Verzerrungen der Eingangsspannung;
Standard-Blitzschutzgerät der C-Klasse, verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen schlechte Wetterbedingungen;
Der anwendbare Umgebungstemperaturbereich ist stärker und liegt bei -20 °C bis 70 °C.
Anwendungen
Die Hauptausrüstung eines Gießereiunternehmens ist ein Zwischenfrequenz-Elektroofen.Der Zwischenfrequenz-Elektroofen ist eine typische Oberwellenquelle, die eine große Anzahl von Oberwellen erzeugt, was dazu führt, dass der Kompensationskondensator nicht normal funktioniert.Zumindest erreicht die Temperatur des Transformators im Sommer 75 Grad, was zu einer Verschwendung elektrischer Energie führt und seine Lebensdauer verkürzt.
Die Gießereiwerkstatt des Zwischenfrequenzofens wird mit einer Spannung von 0,4 kV betrieben und seine Hauptlast ist der Zwischenfrequenzofen mit 6-Puls-Gleichrichtung.Die Gleichrichterausrüstung erzeugt eine große Anzahl von Oberschwingungen, während sie während der Arbeit Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, was eine typische Oberschwingungsquelle darstellt;Oberschwingungsströme werden in das Stromnetz eingespeist. Oberschwingungsspannungen werden an der Netzimpedanz erzeugt, was zu Netzspannungs- und Stromverzerrungen führt, die Qualität der Stromversorgung und die Betriebssicherheit beeinträchtigt, Leitungsverluste und Spannungsabweichungen erhöht und sich negativ auf das Netz und die Netze auswirkt elektrische Ausrüstung der Fabrik selbst.
1. Charakteristische harmonische Analyse
1) Die Gleichrichtungsvorrichtung des Zwischenfrequenzofens ist eine steuerbare 6-Puls-Gleichrichtung;
2) Die vom Gleichrichter erzeugten Harmonischen sind 6K+1 ungerade Harmonische.Zur Zerlegung und Transformation des Stroms wird die Fourier-Reihe verwendet.Es ist ersichtlich, dass die aktuelle Wellenform 6K±1 höhere Harmonische enthält.Gemäß den Testdaten des Zwischenfrequenzofens ist der harmonische Wellenstromgehalt in der folgenden Tabelle dargestellt:
Während des Arbeitsprozesses des Zwischenfrequenzofens werden zahlreiche Oberwellen erzeugt.Den Test- und Berechnungsergebnissen des Zwischenfrequenzofens zufolge handelt es sich bei den charakteristischen Harmonischen hauptsächlich um die 5., und die 7., 11. und 13. Harmonischenströme sind relativ groß und die Spannungs- und Stromverzerrung ist schwerwiegend.
2. Harmonisches Kontrollschema
Entsprechend der tatsächlichen Situation des Unternehmens hat Hongyan Electric einen kompletten Satz Filterlösungen für die harmonische Kontrolle von Zwischenfrequenzöfen entwickelt.Unter Berücksichtigung des Lastleistungsfaktors, des Bedarfs an Oberwellenabsorption und der Hintergrundharmonischen ist auf der 0,4-kV-Niederspannungsseite des Unternehmenstransformators eine Reihe aktiver Filtergeräte installiert.Harmonische werden beherrscht.
3. Filterwirkungsanalyse
1) Das aktive Filtergerät wird in Betrieb genommen und verfolgt automatisch die Änderungen verschiedener Lastgeräte des Zwischenfrequenzofens, sodass jede Harmonische effektiv herausgefiltert werden kann.Vermeiden Sie ein Durchbrennen durch Parallelresonanz der Kondensatorbank und des Systemkreises und stellen Sie den normalen Betrieb des Blindleistungskompensationsschranks sicher.
2) Harmonische Ströme wurden nach der Behandlung wirksam verbessert.Die nicht genutzten 5., 7. und 11. Oberschwingungsströme wurden erheblich überschritten.Beispielsweise sinkt der Strom der 5. Harmonischen von 312 A auf etwa 16 A;der Strom der 7. Harmonischen fällt von 153 A auf etwa 11 A;der Strom der 11. Harmonischen fällt von 101 A auf etwa 9 A;Entspricht der nationalen Norm GB/T14549-93 „Power Quality Harmonics of Public Grid“;
3) Nach der Oberwellenregelung wird die Temperatur des Transformators von 75 Grad auf 50 Grad gesenkt, was viel elektrische Energie spart, den zusätzlichen Verlust des Transformators verringert, Geräusche reduziert, die Belastbarkeit des Transformators verbessert und die Lebensdauer verlängert Lebensdauer des Transformators;
4) Nach der Behandlung wird die Stromversorgungsqualität des Zwischenfrequenzofens effektiv verbessert und die Auslastung der Zwischenfrequenzstromversorgung verbessert, was dem langfristig sicheren und wirtschaftlichen Betrieb des Systems und der Verbesserung von förderlich ist Wirtschaftliche Vorteile;
5) Reduzieren Sie den Effektivwert des durch die Verteilungsleitung fließenden Stroms, verbessern Sie den Leistungsfaktor und beseitigen Sie die durch die Verteilungsleitung fließenden Oberschwingungen, wodurch der Leitungsverlust erheblich reduziert, der Temperaturanstieg des Verteilungskabels verringert und die Last verbessert wird Kapazität der Leitung;
6) Reduzieren Sie Fehlbedienungen oder Ausfälle von Steuergeräten und Relaisschutzgeräten und verbessern Sie die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung.
7) Kompensieren Sie das Ungleichgewicht des Dreiphasenstroms, reduzieren Sie den Kupferverlust des Transformators und der Leitung sowie den Neutralstrom und verbessern Sie die Qualität der Stromversorgung.
8) Nach dem Anschluss des APF kann auch die Belastbarkeit der Transformator- und Verteilerkabel erhöht werden, was einer Erweiterung des Systems gleichkommt und die Investition in den Ausbau des Systems reduziert.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. April 2023