| 中頻爐案例分析 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 發(fā)布日期：2017-03-27 10:29:05 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
中頻爐諧波治理的案例分析 一、 中頻爐產(chǎn)生的諧波分析 l 1.1 中頻電源的工作原理 中頻爐是一種將工頻50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（300HZ以上至20K HZ）的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應(yīng)線圈里流過的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。這種渦流同樣具有中頻電流的一些性質(zhì)，即，金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動要產(chǎn)生熱量。
中頻爐工作特點：由于負(fù)荷變動小，效率高，無功波動較小；功率因數(shù)較高，但會產(chǎn)生大量的諧波（以Nk±1為主，N為脈數(shù)）。但由于技術(shù)原因，目前12脈動的中頻爐除了產(chǎn)生11次和13次諧波外還會產(chǎn)生5次和7次諧波,且分量也比較大。因此諧波是中頻爐運行時主要的電能質(zhì)量問題。 1.2 中頻爐在使用過程中的諧波分析 中頻加熱爐根據(jù)整流方式一般使用三相橋式、六相橋式或者十二相橋式晶閘管整流,即相應(yīng)的整流脈數(shù)可以分為6脈整流，12脈整流甚至24脈整流，根據(jù)工作時的功率因數(shù)又可以分為恒功率中頻加熱爐與普通中頻加熱爐。整流的相數(shù)越高，產(chǎn)生的諧波量就越低，對電網(wǎng)的影響就越小，危害大大降低。 中頻加熱爐由于采用的電氣傳動為晶閘管整流技術(shù)，所以在工作時除了功率因數(shù)較低外，同時也產(chǎn)生高次諧波，若中頻電源變壓器單個繞組側(cè)采用的是六脈動整流技術(shù)，則產(chǎn)生的諧波主要以5，7，11，13次為主。 以下作出中頻加熱爐單邊（一個繞組）六脈整流方式工作時的硬件仿真原理圖及電壓電流波形：
圖一、中頻電源接入系統(tǒng)后的硬件工作仿真圖
圖二、中頻電源工作時的高壓側(cè)及低壓側(cè)的電壓電流波形 上圖二中第一二項為高壓10KV側(cè)的電壓及電流波形，第三四項為低壓側(cè)的電壓電流波形，從圖中可以看出，因中頻電源工作時產(chǎn)生的諧波電流注入上端系統(tǒng)，造成電網(wǎng)高低壓側(cè)的電流波形畸變較嚴(yán)重。 1.3 實際中頻爐產(chǎn)生的諧波 實際應(yīng)用中,對于小容量的中頻爐來說,中頻電源一般采用三相橋式整流電路;對于大容量的中頻爐來說,中頻電源一般采用六相橋式或十二相整流電路.根據(jù)以往做過的中頻爐(有六脈動整流,也有十二脈動整流的中頻爐).現(xiàn)就浙江某鋼鐵廠一臺六脈動整流的1.5噸中頻爐現(xiàn)場諧波測試數(shù)據(jù)如下:
有功功率P=850KW,功率因數(shù)cosθ=0.98 二、中頻爐諧波治理 為了使大功率中頻感應(yīng)電源產(chǎn)生的諧波對公共電網(wǎng)的影響符合設(shè)備使用的供電系統(tǒng)的要求,首先在選購設(shè)備時,應(yīng)盡可能選擇制造水平較高的設(shè)備生產(chǎn)廠家制造的相關(guān)產(chǎn)品;同時要積極采取有效的治理措施來消除中頻爐產(chǎn)生的諧波污染問題,具體治理方法如下: 目前,大部分都是采用無源濾波方式進行諧波治理,無源濾波的主要結(jié)構(gòu)是電容和電抗串聯(lián)起來,組成LC串聯(lián)回路,并聯(lián)于系統(tǒng)中.LC串聯(lián)回路的諧振頻率制定在需要濾除的諧波頻率點上,如3、、5、7、11次諧振點上,達(dá)到吸收特定次諧波的目的.該濾波器除起濾除諧波的作用,還可補償無功功率的用途.因其制造成本低,價格便宜,所以在工程中應(yīng)用很廣泛. 無源濾波器主要分為單調(diào)諧濾波器、高通濾波和雙調(diào)諧濾波器三大類,但在實際普遍應(yīng)用中,常常采取單調(diào)諧濾波器和高通濾波器兩種形式,有時兩者在同一系統(tǒng)中被同時使用.現(xiàn)對浙江某1.5噸的中頻爐按單調(diào)諧濾波和高通濾波同時使用來進行諧波治理,具體治理方案如下： 3.1一次系統(tǒng)原理圖
3.2中頻爐濾波支路參數(shù)表
3.3濾波器投入前后諧波測試數(shù)據(jù)如下表
經(jīng)過投入前后諧波測試數(shù)據(jù)可以看出，濾波器在中頻爐系統(tǒng)中投入使用后，諧波電流、電壓均大浮下降，完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93之標(biāo)準(zhǔn)。 3.4仿真分析和校驗 采用濾波補償方案，用仿真軟件分析比較了多種效果，由于系統(tǒng)中的實際諧波發(fā)生量非常大，在相同基波的補償容量下，采用5，7 (高通)組合有利于對系統(tǒng)的實時無功補償及最大限度吸收5，7次及以上次的諧波電流。仿真給出系統(tǒng)諧波阻抗圖，對于3次諧波稍微有大約1.4倍的放大，由于主變次繞組為△型，故3次及其整數(shù)倍的零序電流被抵消。濾波裝置投入后的系統(tǒng)阻抗曲線及諧波吸收曲線仿真圖如下：
以上仿真曲線表明，濾波裝置投入后系統(tǒng)穩(wěn)定，不會與用戶供電系統(tǒng)發(fā)生整數(shù)次的特征諧波放大，且對系統(tǒng)的5次諧波吸收率達(dá)到了80%以上，7次及以上次諧波吸收率也達(dá)到了75%以上。 |
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