中間周波炉によるパルス電流汚染を軽減するために、中国はマルチパルス整流器技術を採用し、6パルス、12パルス、24パルス中間周波炉などのいくつかの中間周波炉設備を開発しましたが、後者のコストは比較的高いため、多くの製鉄会社は依然として 6 パルス中間周波炉で金属材料を溶解しており、パルス電流による環境汚染の問題は無視できません。現在、炉の周波数高調波に対する管理スキームは主に 2 種類あります。1 つは、電流高調波の問題を解決する方法の 1 つである救済管理スキームであり、中間高調波を防止するための予防策です。高周波誘導炉。第 2 の方法は、ますます深刻化する高調波環境汚染の問題にさまざまな方法で対処できますが、現在使用されている中間周波誘導炉では、発生する高調波を補償するには第 1 の方法しか使用できません。本稿では、IF炉の原理とその高調波制御対策を論じ、6パルスIF炉の各段における高調波を補償および制御するためのアクティブパワーフィルタ(APF)を提案します。
中間周波炉の電気原理。
中間周波炉は、高速かつ安定した金属加熱装置であり、その中核となる装置は中間周波電源です。通常、中間周波炉の電源はAC-DC-AC変換方式を採用しており、入力電源周波数交流が中間周波交流として出力され、周波数変更は電力網の周波数に制限されません。回路ブロック図を図 1 に示します。
図1において、インバータ回路の一部の主な機能は、送配電事業者の三相商用交流電流を交流電流に変換することであり、送配電事業者の電源回路、ブリッジ整流器などが含まれます。回路、フィルタ回路、整流器制御回路。インバータ部の主な機能は交流電流を単相高周波交流電流（50～10000Hz）に変換することであり、インバータ電源回路、起動電源回路、負荷電源回路が含まれます。最後に、炉内の誘導コイルに単相の中周波交流が中周波交番磁場を発生させ、これにより炉内の装入物に誘導起電力が発生し、装入物内に大きな渦電流が発生し、チャージを加熱して溶かします。
高調波解析
中間周波電源によって電力網に注入される高調波は、主に整流装置で発生します。ここでは、三相 6 パルスのフル制御ブリッジ整流回路を例に、高調波の内容を解析します。三相製品リリースチェーンのサイリスタインバータ回路の相伝達プロセス全体と電流脈動を無視し、交流側リアクタンスをゼロ、交流インダクタンスを無限大と仮定し、フーリエ解析法を使用して、負と正の半分円の中心を時刻のゼロ点として式を導き、交流側の a 相電圧を計算します。
式中、 Id は整流回路の DC 側電流の平均値です。
上の式から、6 パルス中間周波炉の場合、5 次、7 次、1 次、13 次、17 次、19 次およびその他の高調波が多数生成される可能性があることがわかります。これらは 6k ± 1 (kは正の整数) 高調波の場合、各高調波の実効値は高調波次数に反比例し、基本実効値に対する比率は高調波次数の逆数になります。
中間周波炉の回路構成。
さまざまな DC エネルギー貯蔵コンポーネントに応じて、中間周波炉は一般に電流型中間周波炉と電圧型中間周波炉に分けることができます。電流式中周波炉のエネルギー蓄積素子は大きなインダクタですが、電圧式中周波炉のエネルギー蓄積素子は大きなコンデンサです。他にも、電流式中周波炉はサイリスタで制御され、負荷共振回路が並列共振であるのに対し、電圧式中周波炉はIGBTで制御され、負荷共振回路が並列共振であるなどの違いがあります。直列共振。その基本構造を図 2 と図 3 に示します。
高調波の発生
いわゆる高次高調波とは、周期的非正弦波交流フーリエ級数を分解して得られる基本周波数の整数倍以上の成分を指し、一般に高次高調波と呼ばれます。周波数（50Hz） 同じ周波数の成分。高調波干渉は、現在の電力システムの電力品質に影響を与える重大な「公衆迷惑」です。
高調波は電力工学の伝送と利用を減少させ、電気機器を過熱させ、振動や騒音を引き起こし、絶縁層を劣化させ、耐用年数を短縮し、一般的な故障や焼損を引き起こします。高調波成分が増加し、コンデンサ補償装置やその他の装置が焼損します。無効補償が利用できない場合は、無効違約金が発生したり、電気料金が増加したりします。高次のパルス電流はリレー保護装置や知能ロボットの誤動作を引き起こし、消費電力の正確な測定に混乱をもたらします。電源システムの外では、高調波は通信機器や電子製品に大きな影響を与えます。高調波を発生する一時的な過電圧と一時的な過電圧は、機械や装置の絶縁層を破壊し、三相短絡故障を引き起こし、損傷した変圧器の高調波電流と電圧により公共電力網に部分的に直列共振と並列共振を引き起こします。 、重大な安全事故を引き起こします。
中間周波電気炉は中間周波電源の一種であり、精密とインバータを通じて中間周波に変換され、電力網に多数の有害な高次高調波を生成します。したがって、中間周波炉の出力品質を改善することが科学研究の最優先事項となっています。
ガバナンス計画
中間周波炉の多数のデータ接続により、電力網のパルス電流汚染が悪化しました。中間周波炉の高調波制御に関する研究は急務となっており、学者からも広く評価されている。高周波炉から発生する高調波が公共送電網に及ぼす影響を、設備商業地の電力供給および配電システムの要件を満たすためには、高調波汚染を除去するための対策を積極的に講じる必要があります。実際の注意事項は以下の通りです。
まず、トランスは Y/Y/接続パターンを使用します。大空間中周波誘導炉では、防爆スイッチングトランスはY/Y/△配線方式を採用しています。AC側変圧器と通信する安定器の配線方法を変更することで、特有の高くない高次パルス電流を相殺することができます。しかし、コストは高いです。
2 つ目は、LC パッシブ フィルターを使用することです。主な構造は、コンデンサとリアクトルを直列に使用して LC 直列リングを形成し、システム内で並列に配置することです。この方法は伝統的なもので、高調波と無効負荷の両方を補償できます。シンプルな構造なので広く使われています。ただし、補償性能はネットワークの特性インピーダンスや使用環境に影響され、システムとの並列共振が発生しやすくなります。固定周波数パルス電流のみを補償でき、補償効果は理想的ではありません。
第三に、APF アクティブ フィルターを使用することによる高次高調波抑制は、比較的新しい方法です。APFは動的パルス電流補償デバイスであり、高分割設計と高速応答性を備え、周波数と強度の変化に応じてパルス電流を追跡して補償することができ、優れた動的性能を備えており、補償性能は特性インピーダンスの影響を受けません。電流補償の効果が良好であるため、広く評価されています。
アクティブパワーフィルターはパッシブフィルターをベースに開発されており、優れたフィルター効果を発揮します。定格無効電力負荷の範囲内ではフィルタ効果は100%となります。
アクティブパワーフィルタ、つまりアクティブパワーフィルタ、APFアクティブパワーフィルタは、従来のLCフィルタの固定補償方式とは異なり、サイズと周波数の高調波と無効電力を正確に補償できるダイナミックトラッキング補償を実現します。APFアクティブフィルタはシリーズ型高次パルス電流補償装置に属します。外部コンバータにより負荷電流をリアルタイムに監視し、内部DSPにより負荷電流の高次パルス電流成分を演算し、制御データ信号をインバータ電源に出力します。, インバータ電源により負荷高調波電流と同じ大きさの高調波電流を発生させ、その逆高調波電流を電力系統に導入してアクティブフィルタ機能を維持します。
APFの動作原理
ホンヤンアクティブフィルタは、外部変流器CTを通じて負荷電流をリアルタイムに検出し、内部DSP演算を通じて負荷電流の高調波成分を抽出し、デジタル信号プロセッサで制御信号に変換します。同時に、デジタル信号プロセッサは一連の PWM パルス幅変調信号を生成して内部 IGBT パワー モジュールに送信し、インバータの出力位相を負荷高調波電流の方向と逆になるように制御します。同じ振幅では、2 つの高調波電流は互いに正反対になります。高調波をフィルタリングする機能を実現するためにオフセットします。
APFの技術的特徴
1.三相バランス
2. 力率を提供する無効電力補償
3. 自動電流制限機能により、過負荷は発生しません
4.高調波補償、同時に2〜50次高調波電流をフィルタリングできます。
5. シンプルな設計と選択、高調波電流の大きさを測定するだけで済みます。
6. 単相動的注入電流、システムの不均衡の影響を受けない
7. 40US以内の負荷変化に対する応答、合計応答時間は10ms（1/2サイクル）
フィルタリング効果
高調波制御率は97％と高く、高調波制御範囲は2～50倍と広い。
より安全で安定したフィルタリング方法。
業界をリードする破壊的制御モードであるスイッチング周波数は 20KHz と高く、これによりフィルタリング損失が最小限に抑えられ、フィルタリング速度と出力精度が大幅に向上します。また、グリッド システムに対して無限のインピーダンスを示しますが、グリッド システムのインピーダンスには影響しません。出力波形は正確で完璧であり、他の機器に影響を与えません。
より強い環境適応力
ディーゼル発電機と互換性があり、バックアップ電源の分流能力が向上します。
入力電圧の変動や歪みに対する高い耐性。
標準の C クラス避雷装置により、悪天候条件への耐性が向上します。
適用周囲温度範囲は-20℃～70℃まで強化されています。
アプリケーション
鋳造会社の主力設備は中間周波電気炉です。中間周波電気炉は代表的な高調波発生源であり、大量の高調波が発生し、補償コンデンサが正常に動作しなくなります。夏場は変圧器の温度が75度にも達し、電気エネルギーの無駄になり寿命が短くなります。
中間周波炉の鋳造作業場には 0.4KV の電圧が供給されており、主負荷は 6 パルス整流中間周波炉です。整流装置は、作業中に AC を DC に変換する際に多数の高調波を生成します。これが典型的な高調波発生源です。高調波電流が電力網に注入され、高調波電圧が電力網のインピーダンスに発生し、電力網の電圧と電流の歪みを引き起こし、電源の品質と動作の安全性に影響を与え、線路損失と電圧オフセットが増加し、電力網と電力網に悪影響を及ぼします。工場自体の電気設備。
1. 特性高調波解析
1) 中間周波炉の整流装置は 6 パルス制御可能な整流装置です。
2) 整流器によって生成される高調波は 6K+1 の奇数高調波です。フーリエ級数は電流の分解と変換に使用されます。電流波形には 6K±1 個の高調波が含まれていることがわかります。中間周波炉の試験データによると、高調波電流の内容は以下の表に示されています。
中間周波炉の作動過程では、多数の高調波が発生します。中間周波炉の試験と計算の結果によると、特性高調波は主に 5 次であり、7、11、13 次高調波電流が比較的大きく、電圧と電流の歪みが深刻です。
2.高調波制御方式
企業の実際の状況に応じて、Hongyan Electric は中間周波炉の高調波制御のためのフィルタリング ソリューションの完全なセットを設計しました。負荷力率、高調波吸収の必要性、および背景高調波を考慮して、企業用変圧器の 0.4KV 低圧側にアクティブ フィルタリング デバイスのセットが取り付けられています。高調波が管理されます。
3. フィルター効果の分析
1) アクティブフィルター装置が作動し、中間周波炉の各種負荷機器の変化に自動的に追従し、各高調波を効果的に除去します。コンデンサバンクとシステム回路の並列共振による焼損を回避し、無効電力補償キャビネットの正常な動作を確保します。
2) 治療後、高調波電流が効果的に改善されました。使用されなかった第 5、第 7、第 11 高調波電流を大幅に超えていました。たとえば、5 次高調波電流は 312A から約 16A に低下します。7 次高調波電流は 153A から約 11A に低下します。11 次高調波電流は 101A から約 9A に低下します。国家規格GB/T14549-93「公共送電網の電力品質高調波」に準拠。
3) 高調波制御後、変圧器の温度は 75 度から 50 度に下がり、電気エネルギーを大幅に節約し、変圧器の追加損失を減らし、ノイズを低減し、変圧器の負荷容量を改善し、寿命を延ばします。変圧器の耐用年数。
4）処理後、中間周波炉の電源品質が効果的に改善され、中間周波電源の利用率が向上します。これは、システムの長期的な安全で経済的な運転と、炉の性能の向上に役立ちます。経済的利益;
5) 配電線に流れる電流の実効値を低減し、力率を改善し、配電線に流れる高調波を除去することで、線路損失を大幅に低減し、配電ケーブルの温度上昇を低減し、負荷を改善します。ラインの容量。
6) 制御機器やリレー保護装置の誤操作や拒否を減らし、電源供給の安全性と信頼性を向上させる。
7) 三相電流の不均衡を補償し、変圧器と線路の銅損と中性電流を削減し、電源の品質を向上させます。
8) APF 接続後は、変圧器や配電ケーブルの負荷容量も増加できるため、システムの拡張に相当し、システム拡張の投資を削減できます。
投稿時刻: 2023 年 4 月 13 日