طرح تصفیه فیلتر هارمونیک برای کوره فرکانس متوسط

به منظور کاهش آلودگی جریان پالس ناشی از کوره فرکانس متوسط، چین فناوری یکسو کننده چند پالس را اتخاذ کرده است و چندین تجهیزات کوره فرکانس متوسط ​​مانند کوره های فرکانس متوسط ​​6 پالس، 12 پالس و 24 پالس را توسعه داده است. از آنجایی که هزینه دومی نسبتاً زیاد است زیاد است، بسیاری از شرکت‌های آهن‌سازی هنوز در حال ذوب مواد فلزی در کوره‌های فرکانس متوسط ​​6 پالس هستند و مشکل آلودگی محیطی جریان پالسی را نمی‌توان نادیده گرفت.در حال حاضر، عمدتاً دو نوع طرح مدیریتی برای هارمونیک های کوره فرکانس وجود دارد: یکی طرح مدیریت امداد، که یکی از روش های رهایی از مشکلات هارمونیک فعلی است و یک اقدام پیشگیرانه برای جلوگیری از هارمونیک های میانی است. کوره های القایی فرکانساگرچه روش دوم می تواند با مشکل جدی فزاینده آلودگی محیطی هارمونیک از طرق مختلف مقابله کند، اما برای کوره های القایی فرکانس متوسط ​​که در حال حاضر استفاده می شود، تنها روش اول می تواند برای جبران هارمونیک های حاصل استفاده شود.این مقاله اصل کوره IF و اقدامات کنترل هارمونیک آن را مورد بحث قرار می دهد و یک فیلتر توان فعال (APF) را برای جبران و کنترل هارمونیک ها در مراحل مختلف کوره IF 6 پالس پیشنهاد می کند.
اصل الکتریکی کوره فرکانس متوسط.

کوره فرکانس متوسط ​​یک دستگاه گرمایش فلزی سریع و پایدار است و تجهیزات اصلی آن منبع تغذیه فرکانس متوسط ​​است.منبع تغذیه کوره فرکانس متوسط ​​معمولاً از روش تبدیل AC-DC-AC استفاده می کند و جریان متناوب فرکانس توان ورودی به عنوان جریان متناوب فرکانس متوسط ​​خروجی می شود و تغییر فرکانس توسط فرکانس شبکه برق محدود نمی شود.نمودار بلوک مدار در شکل 1 نشان داده شده است:

در شکل 1، وظیفه اصلی بخشی از مدار اینورتر، تبدیل جریان AC تجاری سه فاز تامین کننده انتقال و توزیع برق به جریان متناوب شامل مدار منبع تغذیه تامین کننده انتقال و توزیع برق، یکسو کننده پل است. مدار، مدار فیلتر و مدار کنترل یکسو کننده.عملکرد اصلی قسمت اینورتر تبدیل جریان AC به یک جریان متناوب تک فاز با فرکانس بالا (50 ~ 10000 هرتز)، از جمله مدار برق اینورتر، مدار برق راه اندازی و مدار برق بار است.در نهایت، جریان متناوب تک فاز فرکانس متوسط ​​در سیم پیچ القایی در کوره، یک میدان مغناطیسی متناوب با فرکانس متوسط ​​ایجاد می کند، که باعث می شود بار در کوره نیروی الکتروموتور القایی ایجاد کند، یک جریان گردابی بزرگ در بار تولید می کند. شارژ را گرم می کند تا ذوب شود.

تجزیه و تحلیل هارمونیک
هارمونیک های تزریق شده به شبکه برق توسط منبع تغذیه فرکانس متوسط ​​عمدتاً در دستگاه یکسو کننده رخ می دهد.در اینجا مدار یکسو کننده پل سه فاز شش پالس کنترل کامل را به عنوان مثال برای تجزیه و تحلیل محتوای هارمونیک ها در نظر می گیریم.نادیده گرفتن کل فرآیند انتقال فاز و ضربان جریان مدار اینورتر تریستور زنجیره آزادسازی محصول سه فاز، با فرض صفر بودن راکتانس سمت AC و بی نهایت بودن اندوکتانس AC، با استفاده از روش تحلیل فوریه، نیمه منفی و مثبت -جریان های موجی می توانند باشند مرکز دایره به عنوان نقطه صفر زمانی استفاده می شود و فرمول برای محاسبه ولتاژ فاز a سمت AC به دست می آید.

در فرمول: Id مقدار متوسط ​​جریان سمت DC مدار یکسو کننده است.

از فرمول بالا می توان دریافت که برای یک کوره فرکانس متوسط ​​6 پالس، می تواند تعداد زیادی هارمونیک 5، 7، 1، 13، 17، 19 و سایر هارمونیک ها را تولید کند که می توان آنها را به صورت 1 ± 6k (k) خلاصه کرد. هارمونیک هارمونیک عدد صحیح مثبت است، مقدار مؤثر هر هارمونیک با نظم هارمونیک نسبت معکوس دارد و نسبت به مقدار مؤثر بنیادی، متقابل نظم هارمونیک است.
ساختار مدار کوره فرکانس متوسط.

با توجه به اجزای مختلف ذخیره انرژی DC، کوره های فرکانس متوسط ​​را می توان به طور کلی به کوره های فرکانس متوسط ​​نوع جریان و کوره های فرکانس متوسط ​​نوع ولتاژ تقسیم کرد.عنصر ذخیره انرژی کوره فرکانس میانی نوع فعلی یک سلف بزرگ است، در حالی که عنصر ذخیره انرژی کوره فرکانس میانی نوع ولتاژ یک خازن بزرگ است.تفاوت های دیگری نیز بین این دو وجود دارد، مانند: کوره فرکانس متوسط ​​نوع جریان توسط تریستور کنترل می شود، مدار تشدید بار رزونانس موازی است، در حالی که کوره فرکانس متوسط ​​نوع ولتاژ توسط IGBT کنترل می شود و مدار تشدید بار طنین سریساختار اصلی آن در شکل 2 و شکل 3 نشان داده شده است.

تولید هارمونیک

به اصطلاح هارمونیک های مرتبه بالا به مولفه های بالای مضرب صحیح فرکانس بنیادی اشاره دارد که با تجزیه سری AC فوریه متناوب غیر سینوسی به دست می آید که عموماً هارمونیک های مرتبه بالا نامیده می شوند.فرکانس (50 هرتز) جزء همان فرکانس.تداخل هارمونیک یک "آزار عمومی" عمده است که بر کیفیت توان سیستم برق فعلی تأثیر می گذارد.

هارمونیک ها انتقال و استفاده از مهندسی برق را کاهش می دهند، تجهیزات الکتریکی را بیش از حد گرم می کنند، باعث لرزش و سر و صدا می شوند، لایه عایق را خراب می کنند، عمر مفید را کاهش می دهند و باعث خطاهای رایج و فرسودگی می شوند.افزایش محتوای هارمونیک، سوختن تجهیزات جبران خازن و سایر تجهیزات.در مواردی که امکان استفاده از غرامت باطل وجود نداشته باشد، جریمه ابطال می شود و قبوض برق افزایش می یابد.جریان های پالس با مرتبه بالا باعث عملکرد نادرست دستگاه های حفاظت رله و ربات های هوشمند می شوند و اندازه گیری دقیق مصرف برق دچار اشتباه می شود.در خارج از سیستم منبع تغذیه، هارمونیک ها تاثیر زیادی بر تجهیزات ارتباطی و محصولات الکترونیکی دارند.اضافه ولتاژ موقت و اضافه ولتاژ موقت که هارمونیک ایجاد می کند، لایه عایق ماشین آلات و تجهیزات را از بین می برد و باعث خطای اتصال کوتاه سه فاز می شود و جریان هارمونیک و ولتاژ ترانسفورماتورهای آسیب دیده تا حدی باعث ایجاد رزونانس سری و رزونانس موازی در شبکه برق عمومی می شود. ، باعث بروز حوادث ایمنی بزرگ می شود.

کوره برقی فرکانس متوسط ​​نوعی منبع تغذیه فرکانس متوسط ​​است که از طریق دقت و اینورتر به فرکانس متوسط ​​تبدیل می شود و تعداد زیادی هارمونیک مضر درجه بالا در شبکه برق تولید می کند.بنابراین بهبود کیفیت توان کوره های فرکانس متوسط ​​به اولویت اصلی تحقیقات علمی تبدیل شده است.

طرح حکومتی
تعداد زیادی از اتصالات داده کوره های فرکانس متوسط، آلودگی جریان پالسی شبکه برق را تشدید کرده است.تحقیق در مورد کنترل هارمونیک کوره های فرکانس متوسط ​​به یک کار فوری تبدیل شده است و به طور گسترده توسط محققان مورد توجه قرار گرفته است.برای اینکه تاثیر هارمونیک های تولید شده توسط کوره فرکانس بر روی شبکه عمومی مطابق با الزامات سیستم تامین و توزیع برق برای زمین های تجاری تجهیزات باشد، لازم است به طور فعال اقداماتی برای حذف آلودگی هارمونیک انجام شود.اقدامات احتیاطی عملی به شرح زیر است.

ابتدا، ترانسفورماتور از الگوی اتصال Y/Y/Y استفاده می کند.در کوره القایی فرکانس متوسط ​​فضای بزرگ، ترانسفورماتور سوئیچینگ ضد انفجار از روش سیم کشی Y/Y/△ استفاده می کند.با تغییر روش سیم کشی بالاست برای برقراری ارتباط با ترانسفورماتور جانبی AC، می تواند جریان پالس مرتبه بالا مشخصه که زیاد نیست را جبران کند.اما هزینه آن بالاست.

مورد دوم استفاده از فیلتر غیرفعال LC است.ساختار اصلی استفاده از خازن ها و راکتورها به صورت سری برای تشکیل حلقه های سری LC است که در سیستم موازی هستند.این روش سنتی است و می تواند هم هارمونیک ها و هم بارهای راکتیو را جبران کند.ساختار ساده ای دارد و بسیار مورد استفاده قرار گرفته است.با این حال، عملکرد جبران تحت تأثیر امپدانس مشخصه شبکه و محیط عملیاتی است و ایجاد تشدید موازی با سیستم آسان است.فقط می تواند جریان های پالس فرکانس ثابت را جبران کند و اثر جبرانی ایده آل نیست.

سوم، با استفاده از فیلتر فعال APF، سرکوب هارمونیک مرتبه بالا یک روش نسبتا جدید است.APF یک دستگاه جبران جریان پالس پویا است، با طراحی پارتیشن بالا و پاسخگویی با سرعت بالا، می تواند جریان های پالس را با تغییرات فرکانس و شدت ردیابی و جبران کند، عملکرد دینامیکی خوبی دارد و عملکرد جبران تحت تأثیر امپدانس مشخصه قرار نمی گیرد.اثر جبران فعلی خوب است، بنابراین به طور گسترده ای ارزش گذاری می شود.

فیلتر قدرت فعال بر اساس فیلتر غیرفعال توسعه یافته است و اثر فیلتر آن عالی است.در محدوده بار توان راکتیو نامی آن، اثر فیلتر 100٪ است.

فیلتر توان فعال، یعنی فیلتر توان فعال، فیلتر توان فعال APF با روش جبران ثابت فیلتر LC سنتی متفاوت است و جبران ردیابی پویا را انجام می دهد که می تواند هارمونیک ها و توان راکتیو اندازه و فرکانس را با دقت جبران کند.فیلتر اکتیو APF متعلق به تجهیزات جبران جریان پالس مرتبه بالا است.بر اساس مبدل خارجی جریان بار را در زمان واقعی نظارت می کند، جزء جریان پالس مرتبه بالا را در جریان بار مطابق DSP داخلی محاسبه می کند و سیگنال داده کنترل را به منبع تغذیه اینورتر خروجی می دهد.منبع تغذیه اینورتر برای تولید یک جریان هارمونیک مرتبه بالا با همان اندازه جریان هارمونیک مرتبه بالا بار استفاده می شود و جریان هارمونیک مرتبه بالا معکوس برای حفظ عملکرد فیلتر فعال به شبکه برق وارد می شود.

اصل کار APF

فیلتر فعال Hongyan جریان بار را در زمان واقعی از طریق ترانسفورماتور جریان خارجی CT تشخیص می دهد و جزء هارمونیک جریان بار را از طریق محاسبه DSP داخلی استخراج می کند و آن را به سیگنال کنترلی در پردازنده سیگنال دیجیتال تبدیل می کند.در همان زمان، پردازنده سیگنال دیجیتال یک سری سیگنال مدولاسیون عرض پالس PWM تولید می کند و آنها را به ماژول قدرت داخلی IGBT می فرستد و فاز خروجی اینورتر را کنترل می کند که خلاف جهت جریان هارمونیک بار و جریان باشد. با همان دامنه، دو جریان هارمونیک دقیقا مخالف یکدیگر هستند.افست، به طوری که عملکرد فیلتر هارمونیک ها را به دست آورد.

ویژگی های فنی APF
1. بالانس سه فاز
2. جبران توان راکتیو، ارائه ضریب توان
3. با عملکرد محدود کننده جریان خودکار، اضافه بار رخ نخواهد داد
4. جبران هارمونیک، می تواند 2 ~ 50 جریان هارمونیک را در همان زمان فیلتر کند
5. طراحی و انتخاب ساده، تنها نیاز به اندازه گیری اندازه جریان هارمونیک دارد
6. جریان تزریق دینامیکی تک فاز، تحت تأثیر عدم تعادل سیستم
7. پاسخ به تغییرات بار در 40US، کل زمان پاسخ 10ms (1/2 چرخه) است.

اثر فیلترینگ
نرخ کنترل هارمونیک به 97% می رسد و محدوده کنترل هارمونیک به 2 تا 50 برابر می رسد.

روش فیلتر ایمن تر و پایدارتر؛
حالت کنترل مخرب پیشرو در صنعت، فرکانس سوئیچینگ تا 20 کیلوهرتز است که اتلاف فیلتر را به حداقل می رساند و سرعت فیلتر و دقت خروجی را تا حد زیادی بهبود می بخشد.و امپدانس نامتناهی را به سیستم شبکه ارائه می دهد که بر امپدانس سیستم شبکه تأثیر نمی گذارد.و شکل موج خروجی دقیق و بی عیب بوده و تاثیری بر تجهیزات دیگر نخواهد داشت.

سازگاری محیطی قوی تر
سازگار با دیزل ژنراتورها، بهبود توانایی انتقال قدرت پشتیبان؛
تحمل بیشتر در برابر نوسانات و اعوجاج ولتاژ ورودی؛
دستگاه حفاظت از صاعقه کلاس C استاندارد، توانایی مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی بد را بهبود می بخشد.
محدوده قابل اجرا دمای محیط قوی تر است، تا -20 درجه سانتیگراد تا 70 درجه سانتیگراد.

برنامه های کاربردی
تجهیزات اصلی یک شرکت ریخته گری یک کوره برقی فرکانس متوسط ​​است.کوره الکتریکی فرکانس متوسط ​​یک منبع هارمونیک معمولی است که تعداد زیادی هارمونیک تولید می کند و باعث می شود خازن جبرانی به طور عادی کار نکند.یا این که دمای ترانسفورماتور در تابستان به 75 درجه می رسد و باعث هدر رفتن انرژی الکتریکی و کاهش عمر آن می شود.

کارگاه ریخته گری کوره فرکانس میانی با ولتاژ 0.4 کیلوولت تغذیه می شود و بار اصلی آن کوره فرکانس میانی رکتیفیکشن 6 پالس می باشد.تجهیزات یکسو کننده تعداد زیادی هارمونیک در حین تبدیل AC به DC در طول کار تولید می کنند که یک منبع هارمونیک معمولی است.جریان هارمونیک به شبکه برق تزریق می شود، ولتاژ هارمونیک بر روی امپدانس شبکه تولید می شود که باعث ایجاد اعوجاج ولتاژ و جریان شبکه می شود، بر کیفیت منبع تغذیه و ایمنی عملکرد تاثیر می گذارد، تلفات خط و افست ولتاژ را افزایش می دهد و تاثیر منفی بر شبکه و شبکه می گذارد. تجهیزات برقی خود کارخانه

1. تجزیه و تحلیل هارمونیک مشخصه
1) دستگاه یکسوسازی کوره فرکانس متوسط ​​یک یکسوسازی قابل کنترل 6 پالس است.
2) هارمونیک های تولید شده توسط یکسو کننده هارمونیک های فرد 6K+1 هستند.سری فوریه برای تجزیه و تبدیل جریان استفاده می شود.مشاهده می شود که شکل موج فعلی شامل 1±6K هارمونیک بالاتر است.با توجه به داده های آزمایشی کوره فرکانس متوسط، هارمونیک محتوای جریان موج در جدول زیر نشان داده شده است:

در طول فرآیند کار کوره فرکانس متوسط، تعداد زیادی هارمونیک تولید می شود.با توجه به نتایج آزمایش و محاسبات کوره فرکانس میانی، هارمونیک های مشخصه عمدتاً جریان های هارمونیک 5 و 7، 11 و 13 نسبتا زیاد هستند و اعوجاج ولتاژ و جریان جدی است.

2. طرح کنترل هارمونیک
با توجه به وضعیت واقعی شرکت، Hongyan Electric مجموعه کاملی از راه حل های فیلتر را برای کنترل هارمونیک کوره های فرکانس متوسط ​​طراحی کرده است.با در نظر گرفتن ضریب توان بار، نیازهای جذب هارمونیک و هارمونیک های زمینه، مجموعه ای از دستگاه های فیلتر فعال در سمت ولتاژ پایین 0.4 کیلو ولت ترانسفورماتور سازمانی نصب شده است.هارمونیک ها اداره می شوند.

3. تجزیه و تحلیل اثر فیلتر
1) دستگاه فیلتر فعال راه اندازی می شود و به طور خودکار تغییرات تجهیزات بار مختلف کوره فرکانس متوسط ​​را ردیابی می کند تا هر هارمونیک به طور موثر فیلتر شود.از فرسودگی ناشی از تشدید موازی بانک خازن و مدار سیستم جلوگیری کنید و از عملکرد طبیعی کابین جبران توان راکتیو اطمینان حاصل کنید.
2) جریان های هارمونیک به طور موثر پس از درمان بهبود یافته است.جریان های هارمونیک 5، 7 و 11 که مورد استفاده قرار نگرفتند به طور جدی فراتر رفتند.برای مثال، جریان هارمونیک پنجم از 312 آمپر به حدود 16 آمپر کاهش می یابد.جریان هارمونیک هفتم از 153 آمپر به حدود 11 آمپر کاهش می یابد.جریان هارمونیک یازدهم از 101 آمپر به حدود 9 آمپر کاهش می یابد.مطابق با استاندارد ملی GB/T14549-93 "هارمونیک های کیفیت برق شبکه عمومی"؛
3) پس از کنترل هارمونیک، دمای ترانسفورماتور از 75 درجه به 50 درجه کاهش می یابد که باعث صرفه جویی زیادی در انرژی الکتریکی، کاهش تلفات اضافی ترانسفورماتور، کاهش نویز، بهبود ظرفیت بار ترانسفورماتور و افزایش طول عمر می شود. عمر مفید ترانسفورماتور؛
4) پس از تصفیه، کیفیت منبع تغذیه کوره فرکانس متوسط ​​به طور موثر بهبود می یابد و میزان استفاده از منبع تغذیه فرکانس متوسط ​​بهبود می یابد که منجر به عملکرد ایمن و اقتصادی طولانی مدت سیستم و بهبود عملکرد می شود. مزایای اقتصادی؛
5) کاهش مقدار موثر جریان عبوری از خط توزیع، بهبود ضریب توان و حذف هارمونیک های جریان از طریق خط توزیع، در نتیجه کاهش بسیار زیاد تلفات خط، کاهش افزایش دمای کابل توزیع و بهبود بار. ظرفیت خط؛
6) کارکرد نادرست یا امتناع تجهیزات کنترلی و دستگاه های حفاظت رله را کاهش دهید و ایمنی و قابلیت اطمینان منبع تغذیه را بهبود بخشید.
7) جبران عدم تعادل جریان سه فاز، کاهش تلفات مس ترانسفورماتور و خط و جریان خنثی و بهبود کیفیت منبع تغذیه.
8) پس از اتصال APF می تواند ظرفیت بار ترانسفورماتور و کابل های توزیع را نیز افزایش دهد که معادل گسترش سیستم است و سرمایه گذاری در گسترش سیستم را کاهش می دهد.