Con el fin de reducir la contaminación por corriente de pulso causada por el horno de frecuencia intermedia, China ha adoptado la tecnología de rectificador multipulso y ha desarrollado varios equipos de horno de frecuencia intermedia, como hornos de frecuencia intermedia de 6, 12 y 24 pulsos, pero Debido a que el costo de este último es relativamente alto, muchas empresas de fabricación de hierro todavía funden materiales metálicos en hornos de frecuencia intermedia de 6 pulsos, y no se puede ignorar el problema de la contaminación ambiental por corriente de pulso.En la actualidad, existen principalmente dos tipos de esquemas de gestión de armónicos de hornos de frecuencia: uno es el esquema de gestión de alivio, que es uno de los métodos para eliminar los problemas de armónicos actuales y es una medida preventiva para evitar los armónicos intermedios. hornos de inducción de frecuencia.Aunque el segundo método puede abordar el problema cada vez más grave de la contaminación ambiental por armónicos de muchas maneras, para los hornos de inducción de frecuencia intermedia que se usan actualmente, solo el primer método puede usarse para compensar los armónicos resultantes.Este artículo analiza el principio del horno de FI y sus medidas de control de armónicos, y propone un filtro de potencia activo (APF) para compensar y controlar los armónicos en diferentes etapas del horno de FI de 6 pulsos.
Principio eléctrico del horno de frecuencia intermedia.
El horno de frecuencia intermedia es un dispositivo de calentamiento de metal rápido y estable, y su equipo central es una fuente de alimentación de frecuencia intermedia.La fuente de alimentación del horno de frecuencia intermedia generalmente adopta el método de conversión AC-DC-AC, y la corriente alterna de frecuencia de potencia de entrada se emite como corriente alterna de frecuencia intermedia, y el cambio de frecuencia no está limitado por la frecuencia de la red eléctrica.El diagrama de bloques del circuito se muestra en la Figura 1:
En la Figura 1, la función principal de una parte del circuito inversor es convertir la corriente CA comercial trifásica del proveedor de transmisión y distribución de energía en corriente CA, incluido el circuito de suministro de energía del proveedor de transmisión y distribución de energía, puente rectificador circuito, circuito de filtro y circuito de control del rectificador.La función principal de la parte del inversor es convertir la corriente CA en una corriente CA monofásica de alta frecuencia (50 ~ 10000 Hz), incluido el circuito de alimentación del inversor, el circuito de alimentación de arranque y el circuito de alimentación de carga.Finalmente, la corriente alterna monofásica de frecuencia media en la bobina de inducción del horno genera un campo magnético alterno de frecuencia media, lo que hace que la carga en el horno genere fuerza electromotriz de inducción, genera una gran corriente de Foucault en la carga y calienta la carga hasta que se derrita.
Análisis armónico
Los armónicos inyectados a la red eléctrica por la fuente de alimentación de frecuencia intermedia se producen principalmente en el dispositivo rectificador.Aquí tomamos el circuito rectificador de puente de control total trifásico de seis pulsos como ejemplo para analizar el contenido de los armónicos.Despreciando todo el proceso de transferencia de fase y la pulsación de corriente del circuito inversor de tiristores de la cadena de liberación de producto trifásico, asumiendo que la reactancia del lado de CA es cero y la inductancia de CA es infinita, usando el método de análisis de Fourier, la mitad negativa y positiva -Las corrientes de onda pueden ser El centro del círculo se usa como el punto cero del tiempo, y la fórmula se deriva para calcular el voltaje de fase a del lado de CA.
En la fórmula: Id es el valor promedio de la corriente del lado de CC del circuito rectificador.
De la fórmula anterior se puede ver que para un horno de frecuencia intermedia de 6 pulsos, puede generar una gran cantidad de armónicos 5, 7, 1, 13, 17, 19 y otros, que se pueden resumir como 6k ± 1 (k es entero positivo) armónicos, el valor efectivo de cada armónico es inversamente proporcional al orden armónico, y la relación con el valor efectivo fundamental es el recíproco del orden armónico.
Estructura del circuito del horno de frecuencia intermedia.
De acuerdo con los diferentes componentes de almacenamiento de energía de CC, los hornos de frecuencia intermedia generalmente se pueden dividir en hornos de frecuencia intermedia de tipo corriente y hornos de frecuencia intermedia de tipo voltaje.El elemento de almacenamiento de energía del horno de frecuencia intermedia de tipo corriente es un inductor grande, mientras que el elemento de almacenamiento de energía del horno de frecuencia intermedia de tipo voltaje es un condensador grande.Hay otras diferencias entre los dos, tales como: el horno de frecuencia intermedia de tipo corriente está controlado por un tiristor, el circuito de resonancia de carga es resonancia paralela, mientras que el horno de frecuencia intermedia de tipo voltaje está controlado por IGBT, y el circuito de resonancia de carga es resonancia en serie.Su estructura básica se muestra en la Figura 2 y la Figura 3.
generación armónica
Los llamados armónicos de alto orden se refieren a los componentes por encima del múltiplo entero de la frecuencia fundamental que se obtienen al descomponer las series periódicas no sinusoidales de Fourier AC, generalmente llamados armónicos de alto orden.Frecuencia (50 Hz) El componente de la misma frecuencia.La interferencia armónica es una “molestia pública” importante que afecta la calidad de la energía del sistema de energía actual.
Los armónicos reducen la transmisión y la utilización de la ingeniería eléctrica, hacen que los equipos eléctricos se sobrecalienten, provocan vibraciones y ruidos, deterioran la capa de aislamiento, reducen la vida útil y provocan fallas comunes y desgaste.Aumente el contenido armónico, queme el equipo de compensación de condensadores y otros equipos.En el caso de que no se pueda utilizar la compensación por invalidación, se incurrirá en multas por invalidación y aumentarán las facturas de electricidad.Las corrientes de pulso de orden alto provocarán un mal funcionamiento de los dispositivos de protección de relés y los robots inteligentes, y se confundirá la medición precisa del consumo de energía.Fuera del sistema de suministro de energía, los armónicos tienen un gran impacto en los equipos de comunicación y los productos electrónicos.La sobretensión temporal y la sobretensión temporal que generan armónicos destruirán la capa de aislamiento de la maquinaria y el equipo, provocando fallas de cortocircuito trifásicas, y la corriente armónica y el voltaje de los transformadores dañados producirán parcialmente resonancia en serie y resonancia en paralelo en la red eléctrica pública. , provocando importantes accidentes de seguridad.
El horno eléctrico de frecuencia intermedia es un tipo de fuente de alimentación de frecuencia intermedia, que se convierte a frecuencia intermedia mediante precisión e inversor, y genera una gran cantidad de armónicos dañinos de alto orden en la red eléctrica.Por lo tanto, mejorar la calidad de la energía de los hornos de frecuencia intermedia se ha convertido en la principal prioridad de la investigación científica.
plan de gobierno
Una gran cantidad de conexiones de datos de hornos de frecuencia intermedia han agravado la contaminación por corriente de pulso de la red eléctrica.La investigación sobre el control armónico de hornos de frecuencia intermedia se ha convertido en una tarea urgente y ha sido ampliamente valorada por los estudiosos.Para que el impacto de los armónicos generados por el horno de frecuencia en la red pública cumpla con los requisitos del sistema de suministro y distribución de energía para equipos de terrenos comerciales, es necesario tomar medidas activas para eliminar la contaminación armónica.Las precauciones prácticas son las siguientes.
Primero, el transformador usa un patrón de conexión Y/Y.En el horno de inducción de frecuencia media de espacio grande, el transformador de conmutación a prueba de explosiones adopta el método de cableado Y/Y/△.Al cambiar el método de cableado del balasto para comunicarse con el transformador del lado de CA, puede compensar la característica corriente de pulso de alto orden que no es alta.Pero el costo es alto.
El segundo es usar un filtro pasivo LC.La estructura principal consiste en utilizar condensadores y reactores en serie para formar anillos en serie LC, que son paralelos en el sistema.Este método es tradicional y puede compensar tanto armónicos como cargas reactivas.Tiene una estructura simple y ha sido ampliamente utilizado.Sin embargo, el rendimiento de la compensación se ve afectado por la impedancia característica de la red y el entorno operativo, y es fácil provocar una resonancia paralela con el sistema.Solo puede compensar las corrientes de pulso de frecuencia fija, y el efecto de compensación no es ideal.
En tercer lugar, mediante el uso del filtro activo APF, la supresión de armónicos de alto orden es un método relativamente nuevo.APF es un dispositivo de compensación de corriente de pulso dinámico, con diseño de partición alto y capacidad de respuesta de alta velocidad, puede rastrear y compensar corrientes de pulso con cambios de frecuencia e intensidad, tiene un buen rendimiento dinámico y el rendimiento de compensación no se verá afectado por la impedancia característica.El efecto de la compensación actual es bueno, por lo que es ampliamente valorado.
El filtro de potencia activo se desarrolla en base al filtrado pasivo y su efecto de filtrado es excelente.Dentro del rango de su carga nominal de potencia reactiva, el efecto de filtrado es del 100%.
El filtro de potencia activo, es decir, el filtro de potencia activo, el filtro de potencia activo APF es diferente del método de compensación fija del filtro LC tradicional y realiza una compensación de seguimiento dinámico, que puede compensar con precisión los armónicos y la potencia reactiva de tamaño y frecuencia.El filtro activo APF pertenece al equipo de compensación de corriente de pulso de alto orden de tipo serie.Supervisa la corriente de carga en tiempo real de acuerdo con el convertidor externo, calcula el componente de corriente de pulso de alto orden en la corriente de carga de acuerdo con el DSP interno y envía la señal de datos de control a la fuente de alimentación del inversor., La fuente de alimentación del inversor se utiliza para generar una corriente armónica de orden superior del mismo tamaño que la corriente armónica de orden superior de la carga, y la corriente armónica inversa de orden superior se introduce en la red eléctrica para mantener la función de filtro activo.
Principio de funcionamiento de APF
El filtro activo Hongyan detecta la corriente de carga en tiempo real a través del transformador de corriente externo CT y extrae el componente armónico de la corriente de carga a través del cálculo DSP interno y lo convierte en una señal de control en el procesador de señal digital.Al mismo tiempo, el procesador de señal digital genera una serie de señales de modulación de ancho de pulso PWM y las envía al módulo de potencia IGBT interno, controlando la fase de salida del inversor para que sea opuesta a la dirección de la corriente armónica de carga, y la corriente con la misma amplitud, las dos corrientes armónicas son exactamente opuestas entre sí.Compensación, para lograr la función de filtrado de armónicos.
caracteristicas tecnicas del APF
1. Equilibrio trifásico
2. Compensación de potencia reactiva, proporcionando factor de potencia
3. Con la función de limitación de corriente automática, no se producirá sobrecarga
4. Compensación armónica, puede filtrar la corriente armónica 2 ~ 50 al mismo tiempo
5. Diseño y selección simples, solo es necesario medir el tamaño de la corriente armónica
6. Corriente de inyección dinámica monofásica, no afectada por el desequilibrio del sistema
7. Respuesta a cambios de carga dentro de 40US, el tiempo de respuesta total es de 10ms (1/2 ciclo)
Efecto de filtrado
La tasa de control de armónicos es tan alta como 97%, y el rango de control de armónicos es tan amplio como 2~50 veces.
Método de filtrado más seguro y estable;
El modo de control disruptivo líder en la industria, la frecuencia de conmutación es de hasta 20 KHz, lo que minimiza la pérdida de filtrado y mejora en gran medida la velocidad de filtrado y la precisión de salida.Y presenta una impedancia infinita al sistema de red, lo que no afecta la impedancia del sistema de red;y la forma de onda de salida es precisa e impecable, y no afectará a otros equipos.
Mayor adaptabilidad ambiental
Compatible con generadores diesel, mejorando la capacidad de derivación de energía de respaldo;
Mayor tolerancia a las fluctuaciones y distorsiones del voltaje de entrada;
Dispositivo estándar de protección contra rayos de clase C, mejora la capacidad de soportar condiciones climáticas adversas;
El rango aplicable de temperatura ambiente es más fuerte, hasta -20°C~70°C.
Aplicaciones
El equipo principal de una empresa de fundición es un horno eléctrico de frecuencia intermedia.El horno eléctrico de frecuencia intermedia es una fuente armónica típica, que genera una gran cantidad de armónicos, lo que hace que el capacitor de compensación no funcione normalmente.Más o menos, la temperatura del transformador alcanza los 75 grados en verano, provocando un derroche de energía eléctrica y acortando su vida.
El taller de fundición del horno de frecuencia intermedia funciona con un voltaje de 0,4 KV y su carga principal es el horno de frecuencia intermedia de rectificación de 6 pulsos.El equipo rectificador genera una gran cantidad de armónicos al convertir CA a CC durante el trabajo, que es una fuente típica de armónicos;La corriente armónica se inyecta en la red eléctrica. El voltaje armónico se genera en la impedancia de la red, lo que provoca una distorsión de la corriente y el voltaje de la red, lo que afecta la calidad del suministro eléctrico y la seguridad de funcionamiento, aumenta la pérdida de línea y la compensación de voltaje, y tiene un impacto negativo en la red y el equipo eléctrico de la propia fábrica.
1. Análisis armónico característico
1) El dispositivo de rectificación del horno de frecuencia intermedia es una rectificación controlable de 6 pulsos;
2) Los armónicos generados por el rectificador son 6K+1 armónicos impares.La serie de Fourier se utiliza para descomponer y transformar la corriente.Se puede ver que la forma de onda actual contiene 6K±1 armónicos más altos.De acuerdo con los datos de prueba del horno de frecuencia intermedia, el armónico El contenido de corriente de onda se muestra en la siguiente tabla:
Durante el proceso de trabajo del horno de frecuencia intermedia, se genera una gran cantidad de armónicos.De acuerdo con los resultados de la prueba y el cálculo del horno de frecuencia intermedia, los armónicos característicos son principalmente las corrientes armónicas 5, 7, 11 y 13 son relativamente grandes, y la distorsión de voltaje y corriente es grave.
2. Esquema de control de armónicos
De acuerdo con la situación actual de la empresa, Hongyan Electric ha diseñado un conjunto completo de soluciones de filtrado para el control armónico de hornos de frecuencia intermedia.Teniendo en cuenta el factor de potencia de la carga, las necesidades de absorción de armónicos y los armónicos de fondo, se instala un conjunto de dispositivos de filtrado activo en el lado de bajo voltaje de 0,4 KV del transformador empresarial.Los armónicos están gobernados.
3. Análisis del efecto del filtro
1) El dispositivo de filtro activo se pone en funcionamiento y rastrea automáticamente los cambios de varios equipos de carga del horno de frecuencia intermedia, para que cada armónico se pueda filtrar de manera efectiva.Evite el agotamiento causado por la resonancia paralela del banco de condensadores y el circuito del sistema, y garantice el funcionamiento normal del gabinete de compensación de potencia reactiva;
2) Las corrientes armónicas han mejorado efectivamente después del tratamiento.Las corrientes armónicas 5, 7 y 11 que no se pusieron en uso se excedieron seriamente.Por ejemplo, la corriente del quinto armónico cae de 312A a alrededor de 16A;la corriente del séptimo armónico cae de 153A a alrededor de 11A;la corriente armónica 11 cae de 101A a alrededor de 9A;Cumple con el estándar nacional GB/T14549-93 "Armónicos de calidad de energía de la red pública";
3) Después del control armónico, la temperatura del transformador se reduce de 75 grados a 50 grados, lo que ahorra mucha energía eléctrica, reduce la pérdida adicional del transformador, reduce el ruido, mejora la capacidad de carga del transformador y prolonga la vida útil del transformador;
4) Después del tratamiento, la calidad de la fuente de alimentación del horno de frecuencia intermedia mejora de manera efectiva y la tasa de utilización de la fuente de alimentación de frecuencia intermedia mejora, lo que conduce a la operación segura y económica a largo plazo del sistema y la mejora de beneficios económicos;
5) Reduzca el valor efectivo de la corriente que fluye a través de la línea de distribución, mejore el factor de potencia y elimine los armónicos que fluyen a través de la línea de distribución, reduciendo así en gran medida la pérdida de la línea, reduciendo el aumento de temperatura del cable de distribución y mejorando la carga. capacidad de la línea;
6) Reducir el mal funcionamiento o el rechazo de los equipos de control y los dispositivos de protección de relés, y mejorar la seguridad y confiabilidad del suministro de energía;
7) Compensar el desequilibrio de corriente trifásico, reducir la pérdida de cobre del transformador y la línea y la corriente neutra, y mejorar la calidad del suministro de energía;
8) Después de conectar el APF, también puede aumentar la capacidad de carga del transformador y los cables de distribución, lo que equivale a una expansión del sistema y reduce la inversión en la expansión del sistema.
Hora de publicación: 13-abr-2023