Untuk mengurangi polusi arus pulsa yang disebabkan oleh tungku frekuensi menengah, Tiongkok telah mengadopsi teknologi penyearah multi-pulsa, dan mengembangkan beberapa peralatan tungku frekuensi menengah seperti tungku frekuensi menengah 6-pulsa, 12-pulsa, dan 24-pulsa, tetapi karena biaya yang terakhir ini relatif tinggi Tinggi, banyak perusahaan pembuat besi masih melebur bahan logam dalam tungku frekuensi menengah 6-pulsa, dan masalah pencemaran lingkungan arus pulsa tidak dapat diabaikan.Saat ini, ada dua jenis skema pengelolaan harmonik tungku frekuensi: satu adalah skema pengelolaan relief, yang merupakan salah satu metode untuk menghilangkan masalah harmonik saat ini, dan merupakan tindakan pencegahan untuk mencegah harmonisa perantara. tungku induksi frekuensi.Meskipun metode kedua dapat mengatasi masalah pencemaran lingkungan harmonis yang semakin serius dalam banyak hal, untuk tungku induksi frekuensi menengah yang saat ini digunakan, hanya metode pertama yang dapat digunakan untuk mengkompensasi harmonisa yang dihasilkan.Makalah ini membahas prinsip tungku IF dan langkah-langkah kontrol harmoniknya, dan mengusulkan filter daya aktif (APF) untuk mengkompensasi dan mengontrol harmonik dalam berbagai tahapan tungku IF 6-pulsa.
Prinsip kelistrikan tungku frekuensi menengah.
Tungku frekuensi menengah adalah perangkat pemanas logam yang cepat dan stabil, dan peralatan intinya adalah catu daya frekuensi menengah.Catu daya tungku frekuensi menengah biasanya mengadopsi metode konversi AC-DC-AC, dan arus bolak-balik frekuensi daya masukan dikeluarkan sebagai arus bolak-balik frekuensi menengah, dan perubahan frekuensi tidak dibatasi oleh frekuensi jaringan listrik.Diagram blok rangkaian ditunjukkan pada Gambar 1:
Pada Gambar 1, fungsi utama suatu bagian rangkaian inverter adalah untuk mengubah arus AC komersial tiga fasa dari penyedia transmisi dan distribusi tenaga listrik menjadi arus AC, termasuk rangkaian catu daya dari penyedia transmisi dan distribusi tenaga listrik, penyearah jembatan. rangkaian, rangkaian filter, dan rangkaian kendali penyearah.Fungsi utama bagian inverter adalah mengubah arus AC menjadi arus AC frekuensi tinggi satu fasa (50~10000Hz), termasuk rangkaian daya inverter, rangkaian daya start, dan rangkaian daya beban.Terakhir, arus bolak-balik frekuensi menengah satu fasa pada kumparan induksi di dalam tungku menghasilkan medan magnet bolak-balik frekuensi menengah, yang menyebabkan muatan di dalam tungku menghasilkan gaya gerak listrik induksi, menghasilkan arus eddy yang besar pada muatan, dan memanaskan muatan hingga meleleh.
Analisis Harmonik
Harmonisa yang disuntikkan ke jaringan listrik oleh catu daya frekuensi menengah terutama terjadi pada perangkat penyearah.Di sini kita mengambil rangkaian penyearah jembatan kontrol penuh tiga fase enam pulsa sebagai contoh untuk menganalisis kandungan harmonisa.Mengabaikan seluruh proses transfer fasa dan denyut arus rangkaian inverter thyristor dari rantai pelepasan produk tiga fasa, dengan asumsi reaktansi sisi AC adalah nol dan induktansi AC tidak terbatas, menggunakan metode analisis Fourier, setengah negatif dan positif -arus gelombang dapat Pusat lingkaran digunakan sebagai titik nol waktu, dan rumus diturunkan untuk menghitung tegangan fasa-a sisi AC.
Dalam rumusnya: Id adalah nilai rata-rata arus sisi DC rangkaian penyearah.
Terlihat dari rumus di atas bahwa untuk tungku frekuensi menengah 6 pulsa dapat menghasilkan harmonisa ke 5, 7, 1, 13, 17, 19 dan lainnya dalam jumlah besar, yang dapat diringkas sebagai 6k ± 1 (k adalah harmonik Integer positif, nilai efektif masing-masing harmonik berbanding terbalik dengan tatanan harmonik, dan rasio terhadap nilai efektif fundamental adalah kebalikan dari tatanan harmonik.
Struktur rangkaian tungku frekuensi menengah.
Menurut komponen penyimpanan energi DC yang berbeda, tungku frekuensi menengah secara umum dapat dibagi menjadi tungku frekuensi menengah tipe saat ini dan tungku frekuensi menengah tipe tegangan.Elemen penyimpan energi pada tungku frekuensi menengah tipe arus adalah induktor besar, sedangkan elemen penyimpan energi pada tungku frekuensi menengah tipe tegangan adalah kapasitor besar.Terdapat perbedaan lain antara keduanya, seperti: tungku frekuensi menengah tipe arus dikendalikan oleh thyristor, rangkaian resonansi beban adalah resonansi paralel, sedangkan tungku frekuensi menengah tipe tegangan dikendalikan oleh IGBT, dan rangkaian resonansi beban adalah resonansi seri.Struktur dasarnya ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
generasi harmonis
Yang disebut harmonik tingkat tinggi mengacu pada komponen di atas kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasar yang diperoleh dengan menguraikan deret AC Fourier non-sinusoidal periodik, yang umumnya disebut harmonik tingkat tinggi.Frekuensi (50Hz) Komponen frekuensi yang sama.Interferensi harmonik adalah “gangguan publik” utama yang mempengaruhi kualitas daya pada sistem tenaga listrik saat ini.
Harmonisa mengurangi transmisi dan pemanfaatan teknik tenaga, membuat peralatan listrik menjadi terlalu panas, menimbulkan getaran dan kebisingan, membuat lapisan isolasi memburuk, mengurangi masa pakai, dan menyebabkan kesalahan umum dan kelelahan.Tingkatkan konten harmonik, bakar peralatan kompensasi kapasitor dan peralatan lainnya.Dalam hal kompensasi pembatalan tidak dapat digunakan, maka akan dikenakan denda pembatalan dan tagihan listrik akan meningkat.Arus pulsa tingkat tinggi akan menyebabkan kesalahan pengoperasian perangkat proteksi relai dan robot cerdas, dan pengukuran konsumsi daya yang tepat akan membingungkan.Di luar sistem catu daya, harmonisa mempunyai dampak yang besar pada peralatan komunikasi dan produk elektronik.Tegangan lebih sementara dan tegangan lebih sementara yang menimbulkan harmonisa akan merusak lapisan isolasi mesin dan peralatan, menyebabkan gangguan hubung singkat tiga fasa, dan arus harmonis serta tegangan transformator yang rusak sebagian akan menghasilkan resonansi seri dan resonansi paralel pada jaringan listrik umum. , menyebabkan kecelakaan keselamatan besar.
Tungku listrik frekuensi menengah adalah sejenis catu daya frekuensi menengah, yang diubah menjadi frekuensi menengah melalui presisi dan inverter, dan menghasilkan sejumlah besar harmonik tingkat tinggi yang berbahaya di jaringan listrik.Oleh karena itu, peningkatan kualitas daya tungku frekuensi menengah telah menjadi prioritas utama penelitian ilmiah.
rencana pemerintahan
Sejumlah besar koneksi data tungku frekuensi menengah telah memperburuk polusi arus pulsa pada jaringan listrik.Penelitian tentang kontrol harmonik tungku frekuensi menengah telah menjadi tugas yang mendesak, dan telah dihargai secara luas oleh para sarjana.Agar dampak harmonisa yang dihasilkan oleh tungku frekuensi pada jaringan umum memenuhi persyaratan sistem pasokan listrik dan distribusi peralatan lahan komersial, perlu dilakukan tindakan aktif untuk menghilangkan polusi harmonik.Tindakan pencegahan praktisnya adalah sebagai berikut.
Pertama, trafo menggunakan pola sambungan Y/Y/.Dalam tungku induksi frekuensi menengah ruang besar, transformator switching tahan ledakan mengadopsi metode pengkabelan Y/Y/△.Dengan mengubah metode pengkabelan ballast untuk berkomunikasi dengan trafo sisi AC, dapat mengimbangi karakteristik arus pulsa orde tinggi yang tidak tinggi.Tapi biayanya tinggi.
Yang kedua adalah menggunakan filter pasif LC.Struktur utamanya adalah menggunakan kapasitor dan reaktor secara seri untuk membentuk cincin seri LC yang paralel dalam sistem.Metode ini tradisional dan dapat mengkompensasi beban harmonik dan reaktif.Ini memiliki struktur sederhana dan telah banyak digunakan.Namun, kinerja kompensasi dipengaruhi oleh impedansi karakteristik jaringan dan lingkungan pengoperasian, dan mudah menyebabkan resonansi paralel dengan sistem.Ini hanya dapat mengkompensasi arus pulsa frekuensi tetap, dan efek kompensasinya tidak ideal.
Ketiga, dengan menggunakan filter aktif APF, penekanan harmonik tingkat tinggi adalah metode yang relatif baru.APF adalah perangkat kompensasi arus pulsa dinamis, dengan desain partisi tinggi dan respons kecepatan tinggi, dapat melacak dan mengkompensasi arus pulsa dengan perubahan frekuensi dan intensitas, memiliki kinerja dinamis yang baik, dan kinerja kompensasi tidak akan terpengaruh oleh impedansi karakteristik.Pengaruh kompensasi saat ini baik, sehingga dihargai secara luas.
Filter daya aktif dikembangkan berdasarkan penyaringan pasif, dan efek penyaringannya sangat baik.Dalam kisaran beban daya reaktif terukurnya, efek penyaringannya adalah 100%.
Filter daya aktif, yaitu filter daya aktif, filter daya aktif APF berbeda dari metode kompensasi tetap filter LC tradisional, dan mewujudkan kompensasi pelacakan dinamis, yang secara akurat dapat mengkompensasi harmonik dan daya reaktif dalam ukuran dan frekuensi.Filter aktif APF termasuk dalam peralatan kompensasi arus pulsa tingkat tinggi tipe seri.Ini memonitor arus beban secara real-time menurut konverter eksternal, menghitung komponen arus pulsa tingkat tinggi dalam arus beban menurut DSP internal, dan mengeluarkan sinyal data kontrol ke catu daya inverter., Catu daya inverter digunakan untuk menghasilkan arus harmonik tingkat tinggi dengan ukuran yang sama dengan arus harmonik tingkat tinggi beban, dan arus harmonik tingkat tinggi terbalik dimasukkan ke dalam jaringan listrik untuk mempertahankan fungsi filter aktif.
Prinsip kerja APF
Filter aktif Hongyan mendeteksi arus beban secara real time melalui CT transformator arus eksternal, dan mengekstrak komponen harmonik arus beban melalui perhitungan DSP internal, dan mengubahnya menjadi sinyal kontrol dalam prosesor sinyal digital.Pada saat yang sama, prosesor sinyal digital menghasilkan serangkaian sinyal modulasi lebar pulsa PWM dan mengirimkannya ke modul daya IGBT internal, mengendalikan fase keluaran inverter agar berlawanan dengan arah arus harmonik beban, dan arus dengan amplitudo yang sama, kedua arus harmonik tersebut saling berlawanan.Offset, sehingga mencapai fungsi penyaringan harmonisa.
Fitur teknis APF
1. Keseimbangan tiga fase
2. Kompensasi daya reaktif, menyediakan faktor daya
3. Dengan fungsi pembatas arus otomatis, tidak akan terjadi kelebihan beban
4. Kompensasi harmonik, dapat menyaring arus harmonik 2~50 secara bersamaan
5. Desain dan pemilihan sederhana, hanya perlu mengukur besar kecilnya arus harmonik
6. Arus injeksi dinamis satu fasa, tidak terpengaruh oleh ketidakseimbangan sistem
7. Respon terhadap perubahan beban dalam 40US, total waktu respons adalah 10ms (1/2 siklus)
Efek penyaringan
Tingkat kendali harmonik setinggi 97%, dan rentang kendali harmonik selebar 2~50 kali.
Metode penyaringan yang lebih aman dan stabil;
Mode kontrol disruptif terkemuka di industri, frekuensi peralihan setinggi 20KHz, yang meminimalkan kehilangan penyaringan dan sangat meningkatkan kecepatan penyaringan dan akurasi keluaran.Dan ini menghadirkan impedansi tak terbatas pada sistem jaringan, yang tidak mempengaruhi impedansi sistem jaringan;Dan bentuk gelombang keluaran akurat dan tanpa cacat, dan tidak akan mempengaruhi peralatan lain.
Adaptasi lingkungan yang lebih kuat
Kompatibel dengan generator diesel, meningkatkan kemampuan shunting daya cadangan;
Toleransi yang lebih tinggi terhadap fluktuasi dan distorsi tegangan masukan;
Perangkat proteksi petir kelas C standar, meningkatkan kemampuan menahan kondisi cuaca buruk;
Kisaran suhu lingkungan yang berlaku lebih kuat, hingga -20°C~70°C.
Aplikasi
Peralatan utama perusahaan pengecoran adalah tungku listrik frekuensi menengah.Tungku listrik frekuensi menengah adalah sumber harmonik yang khas, yang menghasilkan harmonik dalam jumlah besar, menyebabkan kapasitor kompensasi gagal beroperasi secara normal.Atau lebih, suhu trafo mencapai 75 derajat di musim panas sehingga menyebabkan pemborosan energi listrik dan memperpendek umurnya.
Bengkel pengecoran tungku frekuensi menengah ditenagai oleh tegangan 0,4KV, dan beban utamanya adalah tungku frekuensi menengah rektifikasi 6-pulsa.Peralatan penyearah menghasilkan harmonisa dalam jumlah besar sambil mengubah AC menjadi DC selama bekerja, yang merupakan sumber harmonik yang khas;arus harmonik disuntikkan ke jaringan listrik, Tegangan harmonik dihasilkan pada impedansi jaringan, menyebabkan tegangan jaringan dan distorsi arus, mempengaruhi kualitas pasokan listrik dan keselamatan pengoperasian, meningkatkan kehilangan saluran dan offset tegangan, dan berdampak negatif pada jaringan dan jaringan listrik. peralatan listrik pabrik itu sendiri.
1. Karakteristik analisis harmonik
1) Perangkat rektifikasi tungku frekuensi menengah adalah rektifikasi 6-pulsa yang dapat dikontrol;
2) Harmonisa yang dihasilkan oleh penyearah adalah harmonik ganjil 6K+1.Deret Fourier digunakan untuk menguraikan dan mengubah arus.Dapat dilihat bahwa bentuk gelombang saat ini mengandung harmonik 6K±1 yang lebih tinggi.Menurut data pengujian tungku frekuensi menengah, harmonik Kandungan arus gelombang ditunjukkan pada tabel di bawah ini:
Selama proses kerja tungku frekuensi menengah, sejumlah besar harmonik dihasilkan.Menurut hasil pengujian dan perhitungan tungku frekuensi menengah, karakteristik harmonik terutama adalah arus harmonik ke-5, ke-7, ke-11, dan ke-13 yang relatif besar, dan distorsi tegangan dan arusnya serius.
2. Skema kendali harmonik
Sesuai dengan situasi aktual perusahaan, Hongyan Electric telah merancang serangkaian solusi penyaringan lengkap untuk kontrol harmonis tungku frekuensi menengah.Mempertimbangkan faktor daya beban, kebutuhan penyerapan harmonik, dan harmonisa latar belakang, seperangkat perangkat penyaringan aktif dipasang pada sisi tegangan rendah 0,4KV dari transformator perusahaan.Harmonisa diatur.
3. Analisis efek filter
1) Perangkat filter aktif dioperasikan, dan secara otomatis melacak perubahan berbagai peralatan beban tungku frekuensi menengah, sehingga setiap harmonik dapat disaring secara efektif.Hindari kelelahan yang disebabkan oleh resonansi paralel bank kapasitor dan sirkuit sistem, dan pastikan pengoperasian normal kabinet kompensasi daya reaktif;
2) Arus harmonik telah ditingkatkan secara efektif setelah perawatan.Arus harmonik ke-5, ke-7, dan ke-11 yang tidak digunakan sudah sangat terlampaui.Misalnya, arus harmonik ke-5 turun dari 312A menjadi sekitar 16A;arus harmonik ke-7 turun dari 153A menjadi sekitar 11A;arus harmonik ke-11 turun dari 101A menjadi sekitar 9A;Sesuai dengan standar nasional GB/T14549-93 “Harmonik Kualitas Daya Jaringan Umum”;
3) Setelah kontrol harmonik, suhu trafo dikurangi dari 75 derajat menjadi 50 derajat, yang menghemat banyak energi listrik, mengurangi kerugian tambahan trafo, mengurangi kebisingan, meningkatkan kapasitas beban trafo, dan memperpanjang masa pakai trafo. masa pakai transformator;
4) Setelah perawatan, kualitas catu daya tungku frekuensi menengah ditingkatkan secara efektif, dan tingkat pemanfaatan catu daya frekuensi menengah ditingkatkan, yang kondusif bagi pengoperasian sistem yang aman dan ekonomis dalam jangka panjang serta peningkatan manfaat ekonomi;
5) Mengurangi nilai efektif arus yang mengalir melalui jalur distribusi, memperbaiki faktor daya, dan menghilangkan harmonisa yang mengalir melalui jalur distribusi, sehingga sangat mengurangi kehilangan saluran, mengurangi kenaikan suhu kabel distribusi, dan meningkatkan beban kapasitas jalur;
6) Mengurangi kesalahan pengoperasian atau penolakan peralatan kontrol dan perangkat proteksi relai, dan meningkatkan keamanan dan keandalan pasokan listrik;
7) Mengkompensasi ketidakseimbangan arus tiga fase, mengurangi hilangnya tembaga pada transformator dan saluran serta arus netral, dan meningkatkan kualitas pasokan listrik;
8) Setelah APF tersambung, juga dapat meningkatkan kapasitas beban transformator dan kabel distribusi, yang setara dengan perluasan sistem dan mengurangi investasi perluasan sistem.
Waktu posting: 13 April-2023