Afin de réduire la pollution par courant pulsé causée par le four à fréquence intermédiaire, la Chine a adopté la technologie de redresseur multi-impulsions et développé plusieurs équipements de four à fréquence intermédiaire tels que des fours à fréquence intermédiaire à 6 impulsions, 12 impulsions et 24 impulsions, mais parce que le coût de ce dernier est relativement élevé, de nombreuses entreprises sidérurgiques fondent encore des matériaux métalliques dans des fours à fréquence intermédiaire à 6 impulsions, et le problème de la pollution de l'environnement par le courant pulsé ne peut être ignoré.À l'heure actuelle, il existe principalement deux types de schémas de gestion des harmoniques de four de fréquence : l'un est le schéma de gestion de secours, qui est l'une des méthodes pour se débarrasser des problèmes d'harmoniques actuels, et est une mesure préventive pour empêcher les harmoniques de fours à induction à fréquence.Bien que la deuxième méthode puisse traiter de plusieurs manières le problème de plus en plus grave de la pollution harmonique environnementale, pour les fours à induction à moyenne fréquence actuellement utilisés, seule la première méthode peut être utilisée pour compenser les harmoniques résultantes.Cet article traite du principe du four IF et de ses mesures de contrôle des harmoniques, et propose un filtre de puissance active (APF) pour compenser et contrôler les harmoniques à différents étages du four IF à 6 impulsions.
Principe électrique du four à moyenne fréquence.
Le four à fréquence intermédiaire est un dispositif de chauffage de métal rapide et stable, et son équipement de base est une alimentation électrique à fréquence intermédiaire.L'alimentation électrique du four à fréquence intermédiaire adopte généralement la méthode de conversion AC-DC-AC, et le courant alternatif de fréquence d'alimentation d'entrée est émis en tant que courant alternatif de fréquence intermédiaire, et le changement de fréquence n'est pas limité par la fréquence du réseau électrique.Le schéma fonctionnel du circuit est illustré à la figure 1 :
Dans la figure 1, la fonction principale d'une partie du circuit onduleur est de convertir le courant alternatif commercial triphasé du fournisseur de transport et de distribution d'énergie en courant alternatif, y compris le circuit d'alimentation du fournisseur de transport et de distribution d'énergie, le pont redresseur circuit, circuit de filtrage et circuit de commande du redresseur .La fonction principale de la partie onduleur est de convertir le courant alternatif en un courant alternatif haute fréquence monophasé (50 ~ 10000 Hz), y compris le circuit d'alimentation de l'onduleur, le circuit d'alimentation de démarrage et le circuit d'alimentation de charge.Enfin, le courant alternatif monophasé à moyenne fréquence dans la bobine d'induction dans le four génère un champ magnétique alternatif à moyenne fréquence, qui amène la charge dans le four à générer une force électromotrice d'induction, génère un grand courant de Foucault dans la charge, et chauffe la charge pour la faire fondre.
Analyse Harmonique
Les harmoniques injectés dans le réseau électrique par l'alimentation à fréquence intermédiaire se produisent principalement dans le dispositif redresseur.Ici, nous prenons comme exemple le circuit redresseur en pont à contrôle total triphasé à six impulsions pour analyser le contenu des harmoniques.En négligeant tout le processus de transfert de phase et la pulsation de courant du circuit onduleur à thyristors de la chaîne de libération de produit triphasée, en supposant que la réactance côté AC est nulle et que l'inductance AC est infinie, en utilisant la méthode d'analyse de Fourier, la moitié négative et positive -les courants d'onde peuvent être Le centre du cercle est utilisé comme point zéro du temps, et la formule est dérivée pour calculer la tension de phase a du côté AC.
Dans la formule : Id est la valeur moyenne du courant côté continu du circuit redresseur.
On peut voir à partir de la formule ci-dessus que pour un four à fréquence intermédiaire à 6 impulsions, il peut générer un grand nombre de 5ème, 7ème, 1ère, 13ème, 17ème, 19ème et autres harmoniques, qui peuvent être résumées comme 6k ± 1 (k est un entier positif) harmoniques, la valeur effective de chaque harmonique est inversement proportionnelle à l'ordre harmonique, et le rapport à la valeur effective fondamentale est l'inverse de l'ordre harmonique.
Structure du circuit du four à fréquence intermédiaire.
Selon les différents composants de stockage d'énergie CC, les fours à fréquence intermédiaire peuvent généralement être divisés en fours à fréquence intermédiaire de type courant et en fours à fréquence intermédiaire de type tension.L'élément de stockage d'énergie du four à fréquence intermédiaire de type courant est une grande inductance, tandis que l'élément de stockage d'énergie du four à fréquence intermédiaire de type tension est un grand condensateur.Il existe d'autres différences entre les deux, telles que : le four à fréquence intermédiaire de type courant est contrôlé par un thyristor, le circuit de résonance de charge est une résonance parallèle, tandis que le four à fréquence intermédiaire de type tension est contrôlé par IGBT, et le circuit de résonance de charge est résonance en série.Sa structure de base est illustrée à la Figure 2 et à la Figure 3.
génération d'harmoniques
Les harmoniques dites d'ordre élevé désignent les composantes supérieures au multiple entier de la fréquence fondamentale obtenue en décomposant la série de Fourier AC périodique non sinusoïdale, généralement appelées harmoniques d'ordre élevé.Fréquence (50 Hz) La composante de la même fréquence.Les interférences harmoniques sont une « nuisance publique » majeure qui affecte la qualité de l'alimentation du système électrique actuel.
Les harmoniques réduisent la transmission et l'utilisation de l'ingénierie électrique, font surchauffer les équipements électriques, provoquent des vibrations et du bruit, détériorent la couche d'isolation, réduisent la durée de vie et provoquent des défauts et des épuisements courants.Augmentez le contenu harmonique, brûlez l'équipement de compensation de condensateur et d'autres équipements.Dans le cas où l'indemnité d'invalidation ne peut être utilisée, des amendes d'invalidation seront encourues et les factures d'électricité augmenteront.Les courants d'impulsion d'ordre élevé entraîneront un mauvais fonctionnement des dispositifs de protection de relais et des robots intelligents, et la mesure précise de la consommation d'énergie sera confuse.En dehors du système d'alimentation électrique, les harmoniques ont un impact important sur les équipements de communication et les produits électroniques.La surtension temporaire et la surtension temporaire qui génèrent des harmoniques détruiront la couche d'isolation des machines et des équipements, provoquant des défauts de court-circuit triphasés, et le courant et la tension harmoniques des transformateurs endommagés produiront partiellement une résonance série et une résonance parallèle dans le réseau électrique public. , causant des accidents de sécurité majeurs.
Le four électrique à fréquence intermédiaire est une sorte d'alimentation électrique à fréquence intermédiaire, qui est convertie en fréquence intermédiaire grâce à la précision et à l'onduleur, et génère un grand nombre d'harmoniques nocives d'ordre élevé dans le réseau électrique.Par conséquent, l'amélioration de la qualité de l'alimentation des fours à fréquence intermédiaire est devenue la priorité absolue de la recherche scientifique.
plan de gouvernance
Un grand nombre de connexions de données de fours à fréquence intermédiaire ont aggravé la pollution par courant pulsé du réseau électrique.La recherche sur le contrôle harmonique des fours à fréquence intermédiaire est devenue une tâche urgente et a été largement appréciée par les chercheurs.Afin que l'impact des harmoniques générés par le four à fréquence sur le réseau public réponde aux exigences du système d'alimentation et de distribution d'électricité pour les équipements des terrains commerciaux, il est nécessaire de prendre activement des mesures pour éliminer la pollution harmonique.Les précautions pratiques sont les suivantes.
Tout d'abord, le transformateur utilise un modèle Y/Y/connexion.Dans le grand four à induction à moyenne fréquence, le transformateur de commutation antidéflagrant adopte la méthode de câblage Y/Y/△.En modifiant la méthode de câblage du ballast pour communiquer avec le transformateur côté CA, il peut compenser le courant d'impulsion caractéristique d'ordre élevé qui n'est pas élevé.Mais le coût est élevé.
La seconde consiste à utiliser un filtre passif LC.La structure principale consiste à utiliser des condensateurs et des réacteurs en série pour former des anneaux de série LC, qui sont parallèles dans le système.Cette méthode est traditionnelle et peut compenser à la fois les harmoniques et les charges réactives.Il a une structure simple et a été largement utilisé.Cependant, les performances de compensation sont affectées par l'impédance caractéristique du réseau et de l'environnement de fonctionnement, et il est facile de provoquer une résonance parallèle avec le système.Il ne peut compenser que les courants d'impulsions à fréquence fixe et l'effet de compensation n'est pas idéal.
Troisièmement, en utilisant le filtre actif APF, la suppression des harmoniques d'ordre élevé est une méthode relativement nouvelle.APF est un dispositif de compensation de courant d'impulsion dynamique, avec une conception de partition élevée et une réactivité à grande vitesse, il peut suivre et compenser les courants d'impulsion avec des changements de fréquence et d'intensité, a de bonnes performances dynamiques et les performances de compensation ne seront pas affectées par l'impédance caractéristique.L'effet de la compensation actuelle est bon, il est donc largement apprécié.
Le filtre de puissance active est développé sur la base du filtrage passif et son effet de filtrage est excellent.Dans la plage de sa charge de puissance réactive nominale, l'effet de filtrage est de 100 %.
Le filtre de puissance active, c'est-à-dire le filtre de puissance active, le filtre de puissance active APF est différent de la méthode de compensation fixe du filtre LC traditionnel et réalise une compensation de suivi dynamique, qui peut compenser avec précision les harmoniques et la puissance réactive de taille et de fréquence.Le filtre actif APF appartient à l'équipement de compensation de courant d'impulsion d'ordre élevé de type série.Il surveille le courant de charge en temps réel selon le convertisseur externe, calcule la composante de courant d'impulsion d'ordre élevé dans le courant de charge selon le DSP interne et envoie le signal de données de contrôle à l'alimentation de l'onduleur., L'alimentation de l'onduleur est utilisée pour générer un courant harmonique d'ordre élevé de la même taille que le courant harmonique d'ordre élevé de charge, et le courant harmonique d'ordre élevé inverse est introduit dans le réseau électrique pour maintenir la fonction de filtre actif.
Principe de fonctionnement de l'APF
Le filtre actif Hongyan détecte le courant de charge en temps réel via le transformateur de courant externe CT, extrait la composante harmonique du courant de charge via le calcul DSP interne et la convertit en un signal de commande dans le processeur de signal numérique.Dans le même temps, le processeur de signal numérique génère une série de signaux de modulation de largeur d'impulsion PWM et les envoie au module d'alimentation IGBT interne, contrôlant la phase de sortie de l'onduleur pour qu'elle soit opposée à la direction du courant harmonique de charge, et le courant de même amplitude, les deux courants harmoniques sont exactement opposés l'un à l'autre.Offset, de manière à réaliser la fonction de filtrage des harmoniques.
Caractéristiques techniques de l'APF
1. Équilibre triphasé
2. Compensation de puissance réactive, fournissant un facteur de puissance
3. Avec la fonction de limitation de courant automatique, aucune surcharge ne se produira
4. Compensation harmonique, peut filtrer 2 ~ 50e courant harmonique en même temps
5. Conception et sélection simples, il suffit de mesurer la taille du courant harmonique
6. Courant d'injection dynamique monophasé, non affecté par le déséquilibre du système
7. Réponse aux changements de charge dans les 40US, le temps de réponse total est de 10 ms (1/2 cycle)
Effet de filtrage
Le taux de contrôle harmonique est aussi élevé que 97 % et la plage de contrôle harmonique est aussi large que 2 à 50 fois.
Méthode de filtrage plus sûre et plus stable ;
Le principal mode de contrôle perturbateur de l'industrie, la fréquence de commutation est aussi élevée que 20 KHz, ce qui minimise la perte de filtrage et améliore considérablement la vitesse de filtrage et la précision de sortie.Et il présente une impédance infinie au système de grille, ce qui n'affecte pas l'impédance du système de grille;et la forme d'onde de sortie est précise et sans défaut, et n'affectera pas les autres équipements.
Adaptabilité environnementale plus forte
Compatible avec les générateurs diesel, améliorant la capacité de dérivation de l'alimentation de secours ;
Tolérance plus élevée aux fluctuations de tension d'entrée et aux distorsions ;
Dispositif de protection contre la foudre de classe C standard, améliore la capacité à résister aux intempéries ;
La plage applicable de température ambiante est plus forte, jusqu'à -20°C~70°C.
Applications
L'équipement principal d'une entreprise de fonderie est un four électrique à moyenne fréquence.Le four électrique à fréquence intermédiaire est une source d'harmoniques typique, qui génère un grand nombre d'harmoniques, ce qui empêche le condensateur de compensation de fonctionner normalement.Ou alors, la température du transformateur atteint 75 degrés en été, provoquant un gaspillage d'énergie électrique et raccourcissant sa durée de vie.
L'atelier de fonderie du four à fréquence intermédiaire est alimenté par une tension de 0,4 kV et sa charge principale est le four à fréquence intermédiaire de rectification à 6 impulsions.L'équipement redresseur génère un grand nombre d'harmoniques lors de la conversion du courant alternatif en courant continu pendant le travail, qui est une source d'harmoniques typique ;un courant harmonique est injecté dans le réseau électrique, une tension harmonique est générée sur l'impédance du réseau, provoquant une distorsion de la tension et du courant du réseau, affectant la qualité de l'alimentation et la sécurité de fonctionnement, augmentant la perte de ligne et le décalage de tension, et ayant un impact négatif sur le réseau et le équipements électriques de l'usine elle-même.
1. Analyse harmonique caractéristique
1) Le dispositif de redressement du four à fréquence intermédiaire est un redressement contrôlable à 6 impulsions ;
2) Les harmoniques générés par le redresseur sont 6K+1 harmoniques impairs.La série de Fourier est utilisée pour décomposer et transformer le courant.On peut voir que la forme d'onde actuelle contient 6K ± 1 harmoniques supérieures.Selon les données de test du four à fréquence intermédiaire, l'harmonique Le contenu du courant d'onde est indiqué dans le tableau ci-dessous :
Pendant le processus de travail du four à fréquence intermédiaire, un grand nombre d'harmoniques sont générés.Selon les résultats des tests et des calculs du four à fréquence intermédiaire, les harmoniques caractéristiques sont principalement les 5e, et les 7e, 11e et 13e courants harmoniques sont relativement importants, et la distorsion de tension et de courant est grave.
2. Schéma de contrôle harmonique
Selon la situation réelle de l'entreprise, Hongyan Electric a conçu un ensemble complet de solutions de filtrage pour le contrôle harmonique des fours à fréquence intermédiaire.Compte tenu du facteur de puissance de charge, des besoins d'absorption des harmoniques et des harmoniques de fond, un ensemble de dispositifs de filtrage actifs est installé du côté basse tension de 0,4 KV du transformateur d'entreprise.Les harmoniques sont régies.
3. Analyse de l'effet de filtre
1) Le dispositif de filtre actif est mis en service et suit automatiquement les changements de divers équipements de charge du four à fréquence intermédiaire, de sorte que chaque harmonique puisse être efficacement filtrée.Évitez l'épuisement causé par la résonance parallèle de la batterie de condensateurs et du circuit du système, et assurez le fonctionnement normal de l'armoire de compensation de puissance réactive ;
2) Les courants harmoniques ont été efficacement améliorés après traitement.Les courants de 5e, 7e et 11e harmoniques non utilisés ont été sérieusement dépassés.Par exemple, le courant de 5e harmonique passe de 312 A à environ 16 A ;le courant de 7e harmonique passe de 153 A à environ 11 A ;le courant de 11ème harmonique passe de 101A à environ 9A ;Conforme à la norme nationale GB/T14549-93 "Power Quality Harmonics of Public Grid" ;
3) Après le contrôle harmonique, la température du transformateur est réduite de 75 degrés à 50 degrés, ce qui économise beaucoup d'énergie électrique, réduit la perte supplémentaire du transformateur, réduit le bruit, améliore la capacité de charge du transformateur et prolonge le durée de vie du transformateur ;
4) Après le traitement, la qualité de l'alimentation électrique du four à fréquence intermédiaire est efficacement améliorée et le taux d'utilisation de l'alimentation électrique à fréquence intermédiaire est amélioré, ce qui est propice au fonctionnement sûr et économique à long terme du système et à l'amélioration de bénéfices économiques;
5) Réduisez la valeur efficace du courant traversant la ligne de distribution, améliorez le facteur de puissance et éliminez les harmoniques traversant la ligne de distribution, réduisant ainsi considérablement la perte de ligne, réduisant l'élévation de température du câble de distribution et améliorant la charge capacité de la ligne ;
6) réduire le mauvais fonctionnement ou le refus des équipements de contrôle et des dispositifs de protection de relais, et améliorer la sécurité et la fiabilité de l'alimentation ;
7) Compenser le déséquilibre de courant triphasé, réduire la perte de cuivre du transformateur et de la ligne et du courant neutre, et améliorer la qualité de l'alimentation électrique ;
8) Une fois l'APF connecté, il peut également augmenter la capacité de charge du transformateur et des câbles de distribution, ce qui équivaut à une extension du système et réduit l'investissement dans l'extension du système.
Heure de publication : 13 avril 2023