Al fine di ridurre l'inquinamento della corrente impulsiva causato dal forno a frequenza intermedia, la Cina ha adottato la tecnologia del raddrizzatore multi-impulso e ha sviluppato diverse apparecchiature per forni a frequenza intermedia come forni a frequenza intermedia a 6, 12 e 24 impulsi, ma poiché il costo di quest'ultimo è relativamente elevato, molte aziende siderurgiche stanno ancora fondendo materiali metallici in forni a frequenza intermedia a 6 impulsi e il problema dell'inquinamento ambientale della corrente pulsata non può essere ignorato.Al momento, esistono principalmente due tipi di schemi di gestione per le armoniche del forno a frequenza: uno è lo schema di gestione di sollievo, che è uno dei metodi per eliminare i problemi armonici attuali ed è una misura preventiva per prevenire le armoniche di livello intermedio forni ad induzione di frequenza.Sebbene il secondo metodo possa affrontare in molti modi il problema sempre più grave dell'inquinamento armonico ambientale, per i forni ad induzione a frequenza intermedia attualmente utilizzati, solo il primo metodo può essere utilizzato per compensare le armoniche risultanti.Questo documento discute il principio del forno IF e le sue misure di controllo delle armoniche e propone un filtro di potenza attiva (APF) per compensare e controllare le armoniche nelle diverse fasi del forno IF a 6 impulsi.
Principio elettrico del forno a frequenza intermedia.
Il forno a frequenza intermedia è un dispositivo di riscaldamento dei metalli veloce e stabile e la sua apparecchiatura principale è un alimentatore a frequenza intermedia.L'alimentazione del forno a frequenza intermedia adotta solitamente il metodo di conversione AC-DC-AC e la corrente alternata della frequenza di alimentazione in ingresso viene emessa come corrente alternata a frequenza intermedia e la variazione di frequenza non è limitata dalla frequenza della rete elettrica.Lo schema a blocchi del circuito è mostrato in Figura 1:
Nella Figura 1, la funzione principale di una parte del circuito dell'inverter è convertire la corrente CA commerciale trifase del fornitore di trasmissione e distribuzione di energia in corrente CA, compreso il circuito di alimentazione del fornitore di trasmissione e distribuzione di energia, raddrizzatore a ponte circuito, circuito del filtro e circuito di controllo del raddrizzatore.La funzione principale della parte dell'inverter è convertire la corrente CA in una corrente CA monofase ad alta frequenza (50~10000 Hz), compreso il circuito di alimentazione dell'inverter, il circuito di alimentazione di avviamento e il circuito di alimentazione del carico.Infine, la corrente alternata monofase a media frequenza nella bobina di induzione nel forno genera un campo magnetico alternato a media frequenza, che fa sì che la carica nel forno generi forza elettromotrice di induzione, genera una grande corrente parassita nella carica e riscalda la carica per scioglierla.
Analisi armonica
Le armoniche immesse nella rete elettrica dall'alimentazione a frequenza intermedia si verificano principalmente nel dispositivo raddrizzatore.Qui prendiamo come esempio il circuito raddrizzatore a ponte trifase a sei impulsi a controllo completo per analizzare il contenuto delle armoniche.Trascurando l'intero processo di trasferimento di fase e la pulsazione di corrente del circuito inverter a tiristori della catena di rilascio del prodotto trifase, presupponendo che la reattanza lato CA sia zero e l'induttanza CA sia infinita, utilizzando il metodo di analisi di Fourier, la metà negativa e positiva Le correnti a onda singola possono essere Il centro del cerchio viene utilizzato come punto zero del tempo e la formula viene derivata per calcolare la tensione di fase A del lato CA.
Nella formula: Id è il valore medio della corrente lato CC del circuito raddrizzatore.
Dalla formula di cui sopra si può vedere che un forno a 6 impulsi a frequenza intermedia può generare un gran numero di 5a, 7a, 1a, 13a, 17a, 19a e altre armoniche, che possono essere riassunte come 6k ± 1 (k è intero positivo) armoniche, il valore effettivo di ciascuna armonica è inversamente proporzionale all'ordine armonico e il rapporto con il valore efficace fondamentale è il reciproco dell'ordine armonico.
Struttura del circuito del forno a frequenza intermedia.
In base ai diversi componenti di accumulo dell'energia CC, i forni a frequenza intermedia possono generalmente essere suddivisi in forni a frequenza intermedia di tipo corrente e forni a frequenza intermedia di tipo tensione.L'elemento di accumulo dell'energia del forno a frequenza intermedia di tipo corrente è un grande induttore, mentre l'elemento di accumulo dell'energia del forno a frequenza intermedia di tipo tensione è un grande condensatore.Ci sono altre differenze tra i due, come ad esempio: il forno a frequenza intermedia di tipo corrente è controllato da tiristore, il circuito di risonanza del carico è a risonanza parallela, mentre il forno a frequenza intermedia di tipo tensione è controllato da IGBT e il circuito di risonanza del carico è risonanza in serie.La sua struttura di base è mostrata nella Figura 2 e nella Figura 3.
generazione armonica
Le cosiddette armoniche di ordine elevato si riferiscono alle componenti superiori al multiplo intero della frequenza fondamentale ottenute scomponendo la serie periodica non sinusoidale di AC Fourier, generalmente chiamate armoniche di ordine elevato.Frequenza (50Hz) La componente della stessa frequenza.L’interferenza armonica è un grave “disturbo pubblico” che influisce sulla qualità dell’energia dell’attuale sistema elettrico.
Le armoniche riducono la trasmissione e l'utilizzo dell'ingegneria energetica, surriscaldano le apparecchiature elettriche, causano vibrazioni e rumore, deteriorano lo strato isolante, riducono la durata e causano guasti comuni e bruciature.Aumentare il contenuto armonico, bruciare le apparecchiature di compensazione del condensatore e altre apparecchiature.Nel caso in cui non sia possibile utilizzare l'indennità di invalidità, si incorreranno in sanzioni di invalidità e le bollette elettriche aumenteranno.Le correnti impulsive di ordine elevato causeranno un funzionamento errato dei dispositivi di protezione relè e dei robot intelligenti e la misurazione precisa del consumo energetico sarà confusa.Al di fuori del sistema di alimentazione, le armoniche hanno un grande impatto sulle apparecchiature di comunicazione e sui prodotti elettronici.La sovratensione temporanea e la sovratensione temporanea che generano armoniche distruggeranno lo strato isolante di macchinari e apparecchiature, causando guasti di cortocircuito trifase, e la corrente armonica e la tensione dei trasformatori danneggiati produrranno parzialmente risonanza in serie e risonanza parallela nella rete elettrica pubblica , causando gravi incidenti per la sicurezza.
Il forno elettrico a frequenza intermedia è una sorta di alimentatore a frequenza intermedia, che viene convertito in frequenza intermedia tramite precisione e inverter e genera un gran numero di armoniche dannose di ordine elevato nella rete elettrica.Pertanto, il miglioramento della qualità dell’energia dei forni a frequenza intermedia è diventata la massima priorità della ricerca scientifica.
piano di governance
Un gran numero di connessioni dati di forni a frequenza intermedia hanno aggravato l'inquinamento da correnti impulsive della rete elettrica.La ricerca sul controllo armonico dei forni a frequenza intermedia è diventata un compito urgente ed è stata ampiamente apprezzata dagli studiosi.Affinché l'impatto delle armoniche generate dal forno a frequenza sulla rete pubblica soddisfi i requisiti del sistema di alimentazione e distribuzione per le attrezzature commerciali, è necessario adottare attivamente misure per eliminare l'inquinamento armonico.Le precauzioni pratiche sono le seguenti.
Innanzitutto, il trasformatore utilizza uno schema di connessione Y/Y.Nel forno a induzione a media frequenza di grandi dimensioni, il trasformatore di commutazione antideflagrante adotta il metodo di cablaggio Y/Y/△.Modificando il metodo di cablaggio del reattore per comunicare con il trasformatore lato CA, è possibile compensare la caratteristica corrente impulsiva di ordine superiore che non è elevata.Ma il costo è alto.
Il secondo è utilizzare il filtro passivo LC.La struttura principale prevede l'utilizzo di condensatori e reattori in serie per formare anelli della serie LC, che sono paralleli nel sistema.Questo metodo è tradizionale e può compensare sia le armoniche che i carichi reattivi.Ha una struttura semplice ed è stato ampiamente utilizzato.Tuttavia, le prestazioni di compensazione sono influenzate dall'impedenza caratteristica della rete e dell'ambiente operativo ed è facile causare risonanza parallela con il sistema.Può compensare solo correnti impulsive a frequenza fissa e l'effetto di compensazione non è ideale.
In terzo luogo, utilizzando il filtro attivo APF, la soppressione delle armoniche di ordine superiore è un metodo relativamente nuovo.APF è un dispositivo di compensazione dinamica della corrente impulsiva, con design ad alta partizione e reattività ad alta velocità, può tracciare e compensare le correnti impulsive con variazioni di frequenza e intensità, ha buone prestazioni dinamiche e le prestazioni di compensazione non saranno influenzate dall'impedenza caratteristica.L’effetto della compensazione attuale è buono, quindi è ampiamente apprezzato.
Il filtro di potenza attiva è sviluppato sulla base del filtraggio passivo e il suo effetto di filtraggio è eccellente.Nell'ambito del carico di potenza reattiva nominale, l'effetto di filtraggio è del 100%.
Il filtro di potenza attiva, ovvero il filtro di potenza attiva, il filtro di potenza attiva APF è diverso dal metodo di compensazione fissa del tradizionale filtro LC e realizza una compensazione di tracciamento dinamico, che può compensare accuratamente le armoniche e la potenza reattiva di dimensioni e frequenza.Il filtro attivo APF appartiene alle apparecchiature di compensazione della corrente impulsiva di ordine elevato di tipo serie.Monitora la corrente di carico in tempo reale in base al convertitore esterno, calcola la componente di corrente impulsiva di ordine superiore nella corrente di carico in base al DSP interno e invia il segnale dei dati di controllo all'alimentatore dell'inverter., L'alimentazione dell'inverter viene utilizzata per generare una corrente armonica di ordine superiore della stessa dimensione della corrente armonica di ordine superiore del carico e la corrente armonica di ordine superiore inversa viene introdotta nella rete elettrica per mantenere la funzione di filtro attiva.
Principio di funzionamento dell'APF
Il filtro attivo Hongyan rileva la corrente di carico in tempo reale attraverso il trasformatore di corrente esterno CT ed estrae la componente armonica della corrente di carico attraverso il calcolo DSP interno e la converte in un segnale di controllo nel processore di segnale digitale.Allo stesso tempo, il processore del segnale digitale genera una serie di segnali di modulazione dell'ampiezza dell'impulso PWM e li invia al modulo di potenza IGBT interno, controllando la fase di uscita dell'inverter in modo che sia opposta alla direzione della corrente armonica del carico e la corrente a parità di ampiezza le due correnti armoniche sono esattamente opposte tra loro.Offset, in modo da realizzare la funzione di filtraggio delle armoniche.
Caratteristiche tecniche dell'APF
1. Equilibrio trifase
2. Compensazione della potenza reattiva, fornendo il fattore di potenza
3. Con la funzione di limitazione automatica della corrente, non si verificherà alcun sovraccarico
4. La compensazione armonica può filtrare contemporaneamente 2~50a corrente armonica
5. Progettazione e selezione semplici, è sufficiente misurare la dimensione della corrente armonica
6. Corrente di iniezione dinamica monofase, non influenzata dallo squilibrio del sistema
7. Risposta alle variazioni di carico entro 40 US, il tempo di risposta totale è di 10 ms (1/2 ciclo)
Effetto filtrante
Il tasso di controllo armonico arriva fino al 97% e l'intervallo di controllo armonico è ampio fino a 2~50 volte.
Metodo di filtraggio più sicuro e più stabile;
La modalità di controllo dirompente leader nel settore, la frequenza di commutazione arriva fino a 20 KHz, riducendo al minimo la perdita di filtraggio e migliorando notevolmente la velocità di filtraggio e la precisione dell'uscita.E presenta un'impedenza infinita al sistema di rete, che non influisce sull'impedenza del sistema di rete;e la forma d'onda di uscita è precisa e impeccabile e non influirà su altre apparecchiature.
Maggiore adattabilità ambientale
Compatibile con i generatori diesel, migliorando la capacità di smistamento dell'energia di riserva;
Maggiore tolleranza alle fluttuazioni e alle distorsioni della tensione di ingresso;
Dispositivo di protezione contro i fulmini di classe C standard, migliora la capacità di resistere a condizioni meteorologiche avverse;
L'intervallo applicabile di temperatura ambiente è più ampio, fino a -20°C~70°C.
Applicazioni
L'attrezzatura principale di un'azienda di fonderia è un forno elettrico a frequenza intermedia.Il forno elettrico a frequenza intermedia è una tipica sorgente armonica, che genera un gran numero di armoniche, causando il mancato funzionamento normale del condensatore di compensazione.O almeno così, la temperatura del trasformatore raggiunge i 75 gradi in estate, causando sprechi di energia elettrica e accorciandone la vita.
L'officina di fonderia del forno a frequenza intermedia è alimentata da una tensione di 0,4 KV e il suo carico principale è il forno a frequenza intermedia con rettifica a 6 impulsi.L'apparecchiatura raddrizzatore genera un gran numero di armoniche durante la conversione da CA a CC durante il funzionamento, che è una tipica fonte armonica;la corrente armonica viene iniettata nella rete elettrica, la tensione armonica viene generata sull'impedenza della rete, causando tensione di rete e distorsione di corrente, influenzando la qualità dell'alimentazione e la sicurezza operativa, aumentando la perdita di linea e l'offset di tensione e avendo un impatto negativo sulla rete e sul apparecchiature elettriche dello stabilimento stesso.
1. Analisi armonica caratteristica
1) Il dispositivo di rettifica del forno a frequenza intermedia è un rettificatore controllabile a 6 impulsi;
2) Le armoniche generate dal raddrizzatore sono 6K+1 armoniche dispari.La serie di Fourier viene utilizzata per scomporre e trasformare la corrente.Si può vedere che la forma d'onda corrente contiene 6K±1 armoniche superiori.Secondo i dati di test del forno a frequenza intermedia, il contenuto armonico della corrente d'onda è mostrato nella tabella seguente:
Durante il processo di lavoro del forno a frequenza intermedia, viene generato un gran numero di armoniche.Secondo i risultati dei test e dei calcoli del forno a frequenza intermedia, le armoniche caratteristiche sono principalmente la 5a e le correnti armoniche 7a, 11a e 13a sono relativamente grandi e la distorsione di tensione e corrente è grave.
2. Schema di controllo armonico
In base alla situazione attuale dell'impresa, Hongyan Electric ha progettato una serie completa di soluzioni di filtraggio per il controllo armonico dei forni a frequenza intermedia.Considerando il fattore di potenza del carico, le esigenze di assorbimento armonico e le armoniche di fondo, una serie di dispositivi di filtraggio attivi viene installata sul lato a bassa tensione da 0,4 KV del trasformatore aziendale.Le armoniche sono governate.
3. Analisi dell'effetto del filtro
1) Il dispositivo di filtro attivo viene messo in funzione e traccia automaticamente i cambiamenti delle varie apparecchiature di carico del forno a frequenza intermedia, in modo che ogni armonica possa essere efficacemente filtrata.Evitare il burnout causato dalla risonanza parallela del banco di condensatori e del circuito del sistema e garantire il normale funzionamento dell'armadio di compensazione della potenza reattiva;
2) Le correnti armoniche sono state effettivamente migliorate dopo il trattamento.Le correnti armoniche di 5a, 7a e 11a che non sono state utilizzate sono state gravemente superate.Ad esempio la corrente di 5a armonica scende da 312A a circa 16A;la corrente di 7a armonica scende da 153A a circa 11A;la corrente di 11a armonica scende da 101A a circa 9A;Conforme allo standard nazionale GB/T14549-93 “Armoniche della qualità della potenza della rete pubblica”;
3) Dopo il controllo armonico, la temperatura del trasformatore viene ridotta da 75 gradi a 50 gradi, il che consente di risparmiare molta energia elettrica, riduce la perdita aggiuntiva del trasformatore, riduce il rumore, migliora la capacità di carico del trasformatore e prolunga la durata del trasformatore;
4) Dopo il trattamento, la qualità dell'alimentazione elettrica del forno a frequenza intermedia viene effettivamente migliorata e il tasso di utilizzo dell'alimentazione elettrica a frequenza intermedia viene migliorato, il che favorisce il funzionamento sicuro ed economico a lungo termine del sistema e il miglioramento di benefici economici;
5) Ridurre il valore effettivo della corrente che scorre attraverso la linea di distribuzione, migliorare il fattore di potenza ed eliminare le armoniche che fluiscono attraverso la linea di distribuzione, riducendo così notevolmente la perdita di linea, riducendo l'aumento di temperatura del cavo di distribuzione e migliorando il carico capacità della linea;
6) Ridurre il cattivo funzionamento o il rifiuto delle apparecchiature di controllo e dei dispositivi di protezione relè e migliorare la sicurezza e l'affidabilità dell'alimentazione elettrica;
7) Compensare lo squilibrio della corrente trifase, ridurre la perdita di rame del trasformatore e della linea e la corrente neutra e migliorare la qualità dell'alimentazione elettrica;
8) Una volta collegato, l'APF può anche aumentare la capacità di carico del trasformatore e dei cavi di distribuzione, il che equivale ad un'espansione del sistema e riduce l'investimento nell'espansione del sistema.
Orario di pubblicazione: 13 aprile 2023