من أجل تقليل تلوث تيار النبض الناجم عن فرن التردد المتوسط، اعتمدت الصين تكنولوجيا مقوم متعدد النبض، وطورت العديد من معدات أفران التردد المتوسط مثل أفران التردد المتوسط ذات 6 نبضات، و12 نبضة، و24 نبضة، ولكن نظرًا لأن تكلفة هذا الأخير مرتفعة نسبيًا، فلا تزال العديد من شركات صناعة الحديد تقوم بصهر المواد المعدنية في أفران التردد المتوسط ذات 6 نبضات، ولا يمكن تجاهل مشكلة التلوث البيئي بالتيار النبضي.في الوقت الحاضر، هناك نوعان رئيسيان من مخططات إدارة توافقيات فرن التردد: الأول هو مخطط إدارة التنفيس، وهو أحد طرق التخلص من مشاكل التوافقيات الحالية، وهو إجراء وقائي لمنع توافقيات الوسائط المتوسطة أفران الحث الترددي.على الرغم من أن الطريقة الثانية يمكن أن تتعامل مع مشكلة التلوث البيئي التوافقي المتزايدة الخطورة بعدة طرق، بالنسبة لأفران الحث ذات التردد المتوسط المستخدمة حاليًا، يمكن استخدام الطريقة الأولى فقط للتعويض عن التوافقيات الناتجة.يناقش هذا البحث مبدأ فرن IF وتدابير التحكم التوافقي الخاصة به، ويقترح مرشح الطاقة النشط (APF) للتعويض والتحكم في التوافقيات في المراحل المختلفة لفرن IF ذو 6 نبضات.
المبدأ الكهربائي لفرن التردد المتوسط.
فرن التردد المتوسط عبارة عن جهاز تسخين معدني سريع ومستقر، ومعداته الأساسية عبارة عن مصدر طاقة ذو تردد متوسط.عادة ما يعتمد مصدر الطاقة لفرن التردد المتوسط طريقة تحويل AC-DC-AC، ويتم إخراج التيار المتردد لتردد طاقة الإدخال كتيار متردد متوسط التردد، ولا يقتصر تغيير التردد على تردد شبكة الطاقة.يظهر مخطط كتلة الدائرة في الشكل 1:
في الشكل 1، تتمثل الوظيفة الرئيسية لجزء من دائرة العاكس في تحويل تيار التيار المتردد التجاري ثلاثي الطور لمزود نقل وتوزيع الطاقة إلى تيار متردد، بما في ذلك دائرة إمداد الطاقة لمزود نقل وتوزيع الطاقة، ومقوم الجسر الدائرة ودائرة التصفية ودائرة التحكم في المقوم.تتمثل الوظيفة الرئيسية لجزء العاكس في تحويل تيار التيار المتردد إلى تيار تيار متردد عالي التردد أحادي الطور (50 ~ 10000 هرتز)، بما في ذلك دائرة طاقة العاكس، ودائرة طاقة البداية، ودائرة طاقة الحمل.أخيرًا، يولد التيار المتردد متوسط التردد أحادي الطور في الملف التعريفي في الفرن مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا متوسط التردد، مما يؤدي إلى توليد الشحنة في الفرن قوة دافعة كهربية تحريضية، ويولد تيارًا إيديًا كبيرًا في الشحنة، و يسخن الشحنة حتى تذوب.
التحليل التوافقي
التوافقيات التي يتم حقنها في شبكة الطاقة بواسطة مصدر طاقة التردد المتوسط تحدث بشكل رئيسي في جهاز المقوم.نحن هنا نأخذ دائرة مقوم الجسر ذات التحكم الكامل ثلاثية الطور سداسية النبض كمثال لتحليل محتوى التوافقيات.إهمال عملية نقل الطور بأكملها ونبض التيار لدائرة عاكس الثايرستور لسلسلة تحرير المنتج ثلاثية الطور، على افتراض أن المفاعلة الجانبية للتيار المتردد صفر وأن محاثة التيار المتردد لا نهائية، باستخدام طريقة تحليل فورييه، النصف السلبي والإيجابي يمكن أن تكون تيارات الموجة مركز الدائرة كنقطة الصفر للزمن، ويتم اشتقاق الصيغة لحساب جهد الطور A للجانب المتناوب.
في الصيغة: Id هو متوسط قيمة التيار الجانبي DC لدائرة المقوم.
يمكن أن نرى من الصيغة المذكورة أعلاه أنه بالنسبة لفرن التردد المتوسط ذو 6 نبضات، يمكنه توليد عدد كبير من التوافقيات 5، 7، 1، 13، 17، 19 وغيرها من التوافقيات، والتي يمكن تلخيصها بـ 6k ± 1 (k (عدد صحيح موجب) التوافقيات، والقيمة الفعالة لكل توافقية تتناسب عكسيا مع الترتيب التوافقي، والنسبة إلى القيمة الفعالة الأساسية هي مقلوب الترتيب التوافقي.
هيكل دائرة فرن التردد المتوسط.
وفقًا لمكونات تخزين طاقة التيار المستمر، يمكن تقسيم أفران التردد المتوسط عمومًا إلى أفران التردد المتوسط من النوع الحالي وأفران التردد المتوسط من النوع الجهدي.عنصر تخزين الطاقة لفرن التردد المتوسط من النوع الحالي هو مغو كبير، في حين أن عنصر تخزين الطاقة لفرن التردد المتوسط من نوع الجهد هو مكثف كبير.هناك اختلافات أخرى بين الاثنين، مثل: فرن التردد المتوسط من النوع الحالي يتم التحكم فيه بواسطة الثايرستور، ودائرة رنين الحمل هي رنين متوازي، في حين يتم التحكم في فرن التردد المتوسط من نوع الجهد عن طريق IGBT، ودائرة رنين الحمل هي صدى السلسلة.يظهر هيكلها الأساسي في الشكل 2 والشكل 3.
الجيل التوافقي
يشير ما يسمى بالتوافقيات عالية الترتيب إلى المكونات الموجودة فوق المضاعف الصحيح للتردد الأساسي الذي تم الحصول عليه عن طريق تحلل سلسلة فورييه AC غير الجيبية الدورية، والتي تسمى عمومًا بالتوافقيات عالية الترتيب.التردد (50 هرتز) المكون من نفس التردد.يعد التداخل التوافقي "مصدر إزعاج عام" رئيسي يؤثر على جودة الطاقة لنظام الطاقة الحالي.
تعمل التوافقيات على تقليل نقل واستخدام هندسة الطاقة، وتؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المعدات الكهربائية، وتسبب الاهتزاز والضوضاء، وتؤدي إلى تدهور الطبقة العازلة، وتقليل عمر الخدمة، والتسبب في حدوث أخطاء شائعة واحتراق.زيادة المحتوى التوافقي، وحرق معدات تعويض المكثفات وغيرها من المعدات.في حالة عدم إمكانية استخدام تعويض الإلغاء، سيتم فرض غرامات الإلغاء وستزيد فواتير الكهرباء.سوف تتسبب تيارات النبض عالية الترتيب في سوء تشغيل أجهزة حماية التتابع والروبوتات الذكية، وسيتم الخلط بين القياس الدقيق لاستهلاك الطاقة.خارج نظام إمداد الطاقة، يكون للتوافقيات تأثير كبير على معدات الاتصالات والمنتجات الإلكترونية.سيؤدي الجهد الزائد المؤقت والجهد الزائد المؤقت الذي يولد التوافقيات إلى تدمير الطبقة العازلة للآلات والمعدات، مما يتسبب في حدوث أعطال ماس كهربائى ثلاثية الطور، وسينتج التيار التوافقي والجهد للمحولات التالفة جزئيًا رنينًا متسلسلًا ورنينًا متوازيًا في شبكة الكهرباء العامة ، مما تسبب في حوادث سلامة كبيرة.
الفرن الكهربائي ذو التردد المتوسط هو نوع من مصدر الطاقة ذو التردد المتوسط، والذي يتم تحويله إلى تردد متوسط من خلال الدقة والعاكس، ويولد عددًا كبيرًا من التوافقيات الضارة عالية الترتيب في شبكة الطاقة.ولذلك، أصبح تحسين جودة الطاقة للأفران ذات التردد المتوسط الأولوية القصوى للبحث العلمي.
خطة الحوكمة
أدى عدد كبير من اتصالات البيانات لأفران التردد المتوسط إلى تفاقم تلوث التيار النبضي لشبكة الطاقة.أصبح البحث عن التحكم التوافقي في أفران التردد المتوسط مهمة ملحة، وقد حظي بتقدير واسع النطاق من قبل العلماء.من أجل جعل تأثير التوافقيات الناتجة عن فرن التردد على الشبكة العامة يلبي متطلبات نظام إمداد الطاقة وتوزيعها للمعدات التجارية للأراضي، فمن الضروري اتخاذ تدابير فعالة للقضاء على التلوث التوافقي.الاحتياطات العملية هي كما يلي.
أولاً، يستخدم المحول نمط اتصال Y/Y/.في فرن الحث ذو التردد المتوسط ذو المساحة الكبيرة، محول التحويل المقاوم للانفجار يستخدم طريقة الأسلاك Y/Y/△.من خلال تغيير طريقة الأسلاك الخاصة بالصابورة للتواصل مع المحول الجانبي للتيار المتردد، يمكنها تعويض التيار النبضي عالي الترتيب المميز الذي ليس مرتفعًا.لكن التكلفة مرتفعة.
والثاني هو استخدام مرشح LC السلبي.الهيكل الرئيسي هو استخدام المكثفات والمفاعلات في سلسلة لتشكيل حلقات سلسلة LC، والتي تكون متوازية في النظام.هذه الطريقة تقليدية ويمكنها تعويض التوافقيات والأحمال التفاعلية.لديها هيكل بسيط، وقد استخدمت على نطاق واسع.ومع ذلك، يتأثر أداء التعويض بالممانعة المميزة للشبكة وبيئة التشغيل، ومن السهل إحداث رنين متوازي مع النظام.يمكنه فقط تعويض تيارات النبض ذات التردد الثابت، وتأثير التعويض ليس مثاليًا.
ثالثًا، باستخدام مرشح APF النشط، يعد القمع التوافقي عالي الترتيب طريقة جديدة نسبيًا.APF هو جهاز تعويض تيار النبض الديناميكي، مع تصميم قسم عالي واستجابة عالية السرعة، يمكنه تتبع وتعويض تيارات النبض بتغيرات التردد والكثافة، وله أداء ديناميكي جيد، ولن يتأثر أداء التعويض بالمقاومة المميزة.إن تأثير التعويض الحالي جيد، لذلك فهو موضع تقدير على نطاق واسع.
تم تطوير مرشح الطاقة النشط على أساس الترشيح السلبي، وتأثير الترشيح الخاص به ممتاز.ضمن نطاق حمل الطاقة التفاعلية المقدر، يكون تأثير الترشيح 100%.
مرشح الطاقة النشط، أي مرشح الطاقة النشط، مرشح الطاقة النشط APF يختلف عن طريقة التعويض الثابت لمرشح LC التقليدي، ويحقق تعويض التتبع الديناميكي، والذي يمكن أن يعوض بدقة التوافقيات والقدرة التفاعلية للحجم والتردد.ينتمي المرشح النشط APF إلى معدات تعويض تيار النبض عالية الترتيب من النوع المتسلسل.إنه يراقب تيار الحمل في الوقت الفعلي وفقًا للمحول الخارجي، ويحسب مكون تيار النبض عالي الترتيب في تيار الحمل وفقًا لـ DSP الداخلي، ويخرج إشارة بيانات التحكم إلى مصدر طاقة العاكس.، يتم استخدام مصدر الطاقة العاكس لتوليد تيار توافقي عالي الترتيب بنفس حجم الحمل التوافقي عالي الترتيب، ويتم إدخال التيار التوافقي العكسي عالي الترتيب في شبكة الطاقة للحفاظ على وظيفة المرشح النشط.
مبدأ عمل APF
يكتشف مرشح Hongyan النشط تيار الحمل في الوقت الفعلي من خلال محول التيار الخارجي CT، ويستخرج المكون التوافقي لتيار الحمل من خلال حساب DSP الداخلي، ويحوله إلى إشارة تحكم في معالج الإشارة الرقمية.وفي الوقت نفسه، يقوم معالج الإشارة الرقمية بتوليد سلسلة من إشارات تعديل عرض النبضة PWM ويرسلها إلى وحدة الطاقة IGBT الداخلية، ويتحكم في مرحلة خرج العاكس ليكون عكس اتجاه الحمل التوافقي، والتيار وبنفس السعة، يكون التياران التوافقيان متقابلين تمامًا لبعضهما البعض.الإزاحة، وذلك لتحقيق وظيفة تصفية التوافقيات.
الميزات التقنية لـ APF
1. توازن ثلاثي المراحل
2. تعويض الطاقة التفاعلية، وتوفير عامل الطاقة
3. مع وظيفة الحد التلقائي للتيار، لن يحدث أي حمل زائد
4. التعويض التوافقي، يمكن تصفية التيار التوافقي 2 ~ 50 في نفس الوقت
5. تصميم واختيار بسيط، يحتاج فقط إلى قياس حجم التيار التوافقي
6. تيار الحقن الديناميكي أحادي الطور، لا يتأثر باختلال توازن النظام
7. الاستجابة لتغييرات التحميل خلال 40US، إجمالي وقت الاستجابة هو 10 مللي ثانية (1/2 دورة)
تأثير التصفية
معدل التحكم التوافقي يصل إلى 97%، ونطاق التحكم التوافقي يصل إلى 2 ~ 50 مرة.
طريقة تصفية أكثر أمانًا واستقرارًا؛
وضع التحكم التخريبي الرائد في الصناعة، يصل تردد التبديل إلى 20 كيلو هرتز، مما يقلل من فقدان الترشيح ويحسن بشكل كبير من سرعة الترشيح ودقة الإخراج.ويقدم مقاومة لا نهائية لنظام الشبكة، والتي لا تؤثر على مقاومة نظام الشبكة؛والشكل الموجي للإخراج دقيق وخالي من العيوب، ولن يؤثر على المعدات الأخرى.
القدرة على التكيف البيئي أقوى
متوافق مع مولدات الديزل، مما يحسن قدرة تحويل الطاقة الاحتياطية؛
قدرة تحمل أعلى لتقلبات وتشوهات جهد الإدخال؛
جهاز قياسي للحماية من الصواعق من الفئة C، يحسن القدرة على تحمل الظروف الجوية السيئة؛
النطاق المطبق لدرجة الحرارة المحيطة أقوى، يصل إلى -20 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية.
التطبيقات
المعدات الرئيسية لشركة المسبك هي الفرن الكهربائي ذو التردد المتوسط.يعد الفرن الكهربائي ذو التردد المتوسط مصدرًا توافقيًا نموذجيًا، والذي يولد عددًا كبيرًا من التوافقيات، مما يتسبب في فشل مكثف التعويض في العمل بشكل طبيعي.أو نحو ذلك تصل درجة حرارة المحول في الصيف إلى 75 درجة مما يؤدي إلى هدر الطاقة الكهربائية وتقصير عمره.
يتم تشغيل ورشة السبك لفرن التردد المتوسط بجهد كهربائي 0.4KV، والحمل الرئيسي لها هو فرن التردد المتوسط لتصحيح 6 نبضات.تولد معدات المقوم عددًا كبيرًا من التوافقيات أثناء تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر أثناء العمل، وهو مصدر توافقي نموذجي؛يتم حقن التيار التوافقي في شبكة الطاقة، ويتم توليد الجهد التوافقي على مقاومة الشبكة، مما يتسبب في تشويه جهد الشبكة والتيار، مما يؤثر على جودة مصدر الطاقة وسلامة التشغيل، وزيادة فقدان الخط وإزاحة الجهد، ويكون له تأثير سلبي على الشبكة والشبكة المعدات الكهربائية للمصنع نفسه.
1. التحليل التوافقي المميز
1) جهاز التصحيح لفرن التردد المتوسط عبارة عن تصحيح يمكن التحكم فيه بـ 6 نبضات؛
2) التوافقيات التي يولدها المقوم هي 6K+1 توافقيات فردية.يتم استخدام سلسلة فورييه لتحليل وتحويل التيار.يمكن ملاحظة أن شكل الموجة الحالي يحتوي على توافقيات أعلى بمقدار 6K ± 1.وفقًا لبيانات اختبار فرن التردد المتوسط، يظهر الجدول أدناه محتوى التيار التوافقي الموجي:
أثناء عملية العمل لفرن التردد المتوسط، يتم إنشاء عدد كبير من التوافقيات.وفقًا لنتائج الاختبار والحساب لفرن التردد المتوسط، فإن التوافقيات المميزة هي بشكل رئيسي التيارات التوافقية الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشرة كبيرة نسبيًا، كما أن تشويه الجهد والتيار خطير.
2. مخطط التحكم التوافقي
وفقاً للوضع الفعلي للمؤسسة، فقد صممت شركة Hongyan Electric مجموعة كاملة من حلول الترشيح للتحكم التوافقي في أفران التردد المتوسط.مع الأخذ في الاعتبار عامل طاقة الحمل، واحتياجات الامتصاص التوافقي وتوافقيات الخلفية، تم تركيب مجموعة من أجهزة الترشيح النشطة على جانب الجهد المنخفض 0.4KV لمحول المؤسسة.التوافقيات محكومة.
3. تحليل تأثير المرشح
1) يتم تشغيل جهاز الترشيح النشط، ويقوم تلقائيًا بتتبع التغييرات في معدات الحمل المختلفة لفرن التردد المتوسط، لذلك يمكن تصفية كل توافقي بشكل فعال.تجنب الإرهاق الناتج عن الرنين المتوازي لبنك المكثف ودائرة النظام، وضمان التشغيل الطبيعي لخزانة تعويض الطاقة التفاعلية؛
2) تم تحسين التيارات التوافقية بشكل فعال بعد العلاج.تم تجاوز التيارات التوافقية الخامسة والسابعة والحادية عشرة التي لم يتم استخدامها بشكل خطير.على سبيل المثال، ينخفض التيار التوافقي الخامس من 312A إلى حوالي 16A؛وينخفض التيار التوافقي السابع من 153A إلى حوالي 11A؛وينخفض التيار التوافقي الحادي عشر من 101A إلى حوالي 9A؛تتوافق مع المعيار الوطني GB/T14549-93 "توافقيات جودة الطاقة للشبكة العامة"؛
3) بعد التحكم التوافقي يتم تخفيض درجة حرارة المحول من 75 درجة إلى 50 درجة مما يوفر الكثير من الطاقة الكهربائية ويقلل الفقد الإضافي للمحول ويقلل الضوضاء ويحسن سعة حمل المحول ويطيل عمر المحول عمر الخدمة للمحول.
4) بعد المعالجة، تم تحسين جودة مصدر الطاقة لفرن التردد المتوسط بشكل فعال، وتم تحسين معدل استخدام مصدر طاقة التردد المتوسط، مما يفضي إلى التشغيل الآمن والاقتصادي على المدى الطويل للنظام وتحسين منافع اقتصادية؛
5) تقليل القيمة الفعالة للتيار المتدفق عبر خط التوزيع، وتحسين عامل الطاقة، والقضاء على التوافقيات المتدفقة عبر خط التوزيع، وبالتالي تقليل فقدان الخط بشكل كبير، وتقليل ارتفاع درجة حرارة كابل التوزيع، وتحسين الحمل قدرة الخط
6) تقليل سوء التشغيل أو رفض معدات التحكم وأجهزة حماية التتابع، وتحسين سلامة وموثوقية إمدادات الطاقة؛
7) تعويض الخلل الحالي ثلاثي المراحل، وتقليل فقدان النحاس للمحول والخط والتيار المحايد، وتحسين جودة إمدادات الطاقة؛
8) بعد توصيل APF، يمكن أيضًا زيادة سعة تحميل المحول وكابلات التوزيع، وهو ما يعادل توسيع النظام ويقلل الاستثمار في توسيع النظام.
وقت النشر: 13 أبريل 2023