من أجل تقليل تلوث تيار النبض الناجم عن فرن التردد المتوسط ، اعتمدت الصين تقنية المعدل متعدد النبضات ، وطورت العديد من معدات فرن التردد المتوسط مثل أفران التردد المتوسط ذات 6 نبضات ، و 12 نبضة ، و 24 نبضة ، ولكن نظرًا لأن تكلفة هذا الأخير مرتفعة نسبيًا ، لا تزال العديد من شركات صناعة الحديد تصهر المواد المعدنية في أفران ذات تردد متوسط 6 نبضات ، ولا يمكن تجاهل مشكلة تلوث البيئة الحالية.في الوقت الحاضر ، يوجد نوعان أساسيان من مخططات الإدارة لتوافقيات أفران التردد: أحدهما هو مخطط إدارة الإغاثة ، وهو أحد طرق التخلص من المشكلات التوافقية الحالية ، وهو إجراء وقائي لمنع التوافقيات المتوسطة أفران الحث التردد.على الرغم من أن الطريقة الثانية يمكن أن تتعامل مع المشكلة المتزايدة الخطورة للتلوث البيئي التوافقي بعدة طرق ، بالنسبة للأفران الحثية ذات التردد المتوسط المستخدمة حاليًا ، يمكن استخدام الطريقة الأولى فقط للتعويض عن التوافقيات الناتجة.يناقش هذا البحث مبدأ فرن IF وتدابير التحكم التوافقية الخاصة به ، ويقترح مرشح طاقة فعال (APF) لتعويض والتحكم في التوافقيات في مراحل مختلفة من فرن IF سداسي النبضات.
المبدأ الكهربائي لفرن التردد المتوسط.
فرن التردد المتوسط عبارة عن جهاز تسخين معدني سريع ومستقر ، ومعداته الأساسية عبارة عن مصدر طاقة متوسط التردد.عادةً ما يعتمد مصدر الطاقة لفرن التردد المتوسط طريقة تحويل AC-DC-AC ، ويتم إخراج التيار المتردد لتردد الإدخال كتيار متناوب للتردد المتوسط ، 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 ، ومعدل الجسر الدائرة ودائرة التصفية ودائرة التحكم في المعدل.تتمثل الوظيفة الرئيسية لجزء العاكس في تحويل التيار المتردد إلى تيار متردد عالي التردد أحادي الطور (50 ~ 10000 هرتز) ، بما في ذلك دائرة طاقة العاكس ، ودائرة طاقة البداية ، ودائرة طاقة التحميل.أخيرًا ، يولد التيار المتردد ذو التردد المتوسط أحادي الطور في ملف الحث في الفرن مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا متوسط التردد ، مما يتسبب في أن تولد الشحنة في الفرن قوة دافعة كهربائية تحريضية ، ويولد تيارًا دائريًا كبيرًا في الشحنة ، و يسخن الشحنة ليذوب.
تحليل توافقي
التوافقيات التي يتم حقنها في شبكة الطاقة بواسطة مصدر طاقة التردد المتوسط تحدث بشكل أساسي في جهاز المعدل.هنا نأخذ دائرة مقوم الجسر ذات التحكم الكامل بستة نبضات ثلاثية الأطوار كمثال لتحليل محتوى التوافقيات.إهمال عملية نقل الطور بأكملها والنبض الحالي لدائرة العاكس الثايرستور لسلسلة تحرير المنتج ثلاثية الطور ، بافتراض أن مفاعلة جانب التيار المتردد صفر وأن محاثة التيار المتردد لا نهائية ، باستخدام طريقة تحليل فورييه ، النصف السالب والموجب -يمكن أن تكون التيارات الموجية تستخدم مركز الدائرة كنقطة الصفر للوقت ، ويتم اشتقاق الصيغة لحساب جهد الطور a للجانب المتناوب.
في الصيغة: المعرف هو متوسط قيمة التيار الجانبي DC لدائرة المعدل.
يمكن أن نرى من الصيغة أعلاه أنه بالنسبة لفرن التردد المتوسط المكون من 6 نبضات ، يمكن أن يولد عددًا كبيرًا من التوافقيات الخامسة والسابعة والأولى والثالثة عشر والسابعة عشر والتاسعة عشرة والتوافقيات الأخرى ، والتي يمكن تلخيصها على أنها 6k ± 1 (k هو عدد صحيح موجب) مدروجات ، والقيمة الفعالة لكل توافقي تتناسب عكسياً مع الترتيب التوافقي ، والنسبة إلى القيمة الأساسية الفعالة هي المعاملة بالمثل للنظام التوافقي.
هيكل دائرة فرن التردد المتوسط.
وفقًا لمكونات تخزين الطاقة DC المختلفة ، يمكن تقسيم أفران التردد المتوسط عمومًا إلى أفران ذات تردد متوسط من النوع الحالي وأفران تردد وسيطة من النوع الجهد.عنصر تخزين الطاقة في فرن التردد المتوسط من النوع الحالي عبارة عن محث كبير ، في حين أن عنصر تخزين الطاقة لفرن التردد المتوسط من النوع الجهد هو مكثف كبير.هناك اختلافات أخرى بين الاثنين ، مثل: يتم التحكم في فرن التردد الوسيط من النوع الحالي بواسطة الثايرستور ، ودائرة رنين الحمل هي الرنين الموازي ، بينما يتم التحكم في فرن التردد الوسيط من نوع الجهد بواسطة IGBT ، ودائرة رنين الحمل هي صدى متسلسل.يظهر هيكلها الأساسي في الشكل 2 والشكل 3.
جيل متناسق
تشير ما يسمى بالتوافقيات عالية الترتيب إلى المكونات الموجودة فوق العدد الصحيح المضاعف للتردد الأساسي الذي تم الحصول عليه عن طريق تحليل سلسلة AC Fourier الدورية غير الجيبية ، والتي تسمى عمومًا التوافقيات عالية الترتيب.التردد (50 هرتز) مكون من نفس التردد.التداخل التوافقي هو "مصدر إزعاج عام" رئيسي يؤثر على جودة الطاقة لنظام الطاقة الحالي.
تعمل التوافقيات على تقليل نقل واستخدام هندسة الطاقة ، وزيادة سخونة المعدات الكهربائية ، وتسبب الاهتزاز والضوضاء ، وتدهور طبقة العزل ، وتقليل عمر الخدمة ، وتسبب أخطاء شائعة وحرق.زيادة المحتوى التوافقي ، حرق معدات تعويض مكثف وغيرها من المعدات.في حالة عدم إمكانية استخدام تعويض الإبطال ، سيتم فرض غرامات إبطال وزيادة فواتير الكهرباء.ستؤدي التيارات النبضية عالية الترتيب إلى سوء تشغيل أجهزة حماية الترحيل والروبوتات الذكية ، وسيتم الخلط بين القياس الدقيق لاستهلاك الطاقة.خارج نظام الإمداد بالطاقة ، فإن التوافقيات لها تأثير كبير على معدات الاتصال والمنتجات الإلكترونية.سيؤدي الجهد الزائد المؤقت والجهد الزائد المؤقت الذي يولد التوافقيات إلى تدمير طبقة العزل للآلات والمعدات ، مما يتسبب في حدوث أعطال في الدائرة القصيرة ثلاثية الطور ، وسيؤدي التيار التوافقي والجهد التوافقي للمحولات التالفة جزئيًا إلى إنتاج رنين متسلسل ورنين متوازي في شبكة الطاقة العامة ، مما تسبب في وقوع حوادث كبيرة تتعلق بالسلامة.
الفرن الكهربائي ذو التردد المتوسط هو نوع من إمداد طاقة التردد المتوسط ، والذي يتم تحويله إلى تردد وسيط من خلال الدقة والعاكس ، ويولد عددًا كبيرًا من التوافقيات الضارة عالية الترتيب في شبكة الطاقة.لذلك ، أصبح تحسين جودة الطاقة لأفران التردد المتوسط أولوية قصوى للبحث العلمي.
خطة الحكم
أدى عدد كبير من توصيلات البيانات لأفران التردد المتوسط إلى تفاقم تلوث تيار النبض لشبكة الطاقة.أصبح البحث عن التحكم التوافقي لأفران التردد المتوسط مهمة عاجلة ، وقد تم تقديره على نطاق واسع من قبل العلماء.من أجل جعل تأثير التوافقيات الناتجة عن فرن التردد على الشبكة العامة يلبي متطلبات نظام تزويد الطاقة وتوزيعها للأرض التجارية للمعدات ، من الضروري اتخاذ تدابير فعالة للقضاء على التلوث التوافقي.الاحتياطات العملية هي كما يلي.
أولاً ، يستخدم المحول نمط اتصال Y / Y /.في فرن الحث بالتردد المتوسط ذو المساحة الكبيرة ، يعتمد محول التحويل المقاوم للانفجار طريقة الأسلاك Y / Y /.من خلال تغيير طريقة الأسلاك الخاصة بالصابورة للتواصل مع المحول الجانبي للتيار المتردد ، يمكن أن يوازن التيار النبضي عالي الترتيب المميز غير المرتفع.لكن التكلفة مرتفعة.
والثاني هو استخدام مرشح LC الخامل.الهيكل الرئيسي هو استخدام المكثفات والمفاعلات في سلسلة لتشكيل حلقات سلسلة LC ، والتي تكون متوازية في النظام.هذه الطريقة تقليدية ويمكنها تعويض كل من التوافقيات والأحمال التفاعلية.له هيكل بسيط وقد تم استخدامه على نطاق واسع.ومع ذلك ، يتأثر أداء التعويض بالمقاومة المميزة للشبكة وبيئة التشغيل ، ومن السهل إحداث صدى موازٍ مع النظام.يمكنه فقط تعويض التيارات النبضية ذات التردد الثابت ، وتأثير التعويض ليس مثاليًا.
ثالثًا ، باستخدام عامل التصفية النشط APF ، يعد التثبيط التوافقي عالي الرتبة طريقة جديدة نسبيًا.APF هو جهاز تعويض تيار نبضي ديناميكي ، مع تصميم قسم عالي واستجابة عالية السرعة ، يمكنه تتبع وتعويض التيارات النبضية بتغييرات التردد والشدة ، ولديه أداء ديناميكي جيد ، ولن يتأثر أداء التعويض بالمقاومة المميزة.إن تأثير التعويض الحالي جيد ، لذلك يتم تقديره على نطاق واسع.
تم تطوير مرشح الطاقة النشط على أساس التصفية السلبية ، وتأثير الترشيح 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 الثابتة لمرشح LC التقليدي ، ويحقق تعويض التتبع الديناميكي ، والذي يمكن أن يعوض بدقة التوافقيات والقوة التفاعلية للحجم والتردد.ينتمي المرشح النشط APF إلى معدات تعويض التيار النبضي عالية الترتيب من النوع المتسلسل.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 مزود طاقة العاكس.، يتم استخدام مصدر طاقة العاكس لتوليد تيار متناسق عالي الترتيب بنفس حجم التيار التوافقي عالي الترتيب ، ويتم إدخال التيار التوافقي العكسي عالي الترتيب في شبكة الطاقة للحفاظ على وظيفة الفلتر 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.في الوقت نفسه ، يولد معالج الإشارة الرقمية سلسلة من إشارات تعديل عرض النبضة PWM ويرسلها إلى وحدة الطاقة الداخلية IGBT ، ويتحكم في طور خرج العاكس ليكون عكس اتجاه التيار التوافقي للحمل ، والتيار. بنفس السعة ، يكون التياران التوافقيان معاكسين تمامًا لبعضهما البعض.الأوفست ، وذلك لتحقيق وظيفة تصفية التوافقيات.
الميزات التقنية لـ APF
1. ثلاث مراحل التوازن
2. تعويض القدرة التفاعلية ، وتوفير عامل القدرة
3. مع وظيفة تحديد التيار الأوتوماتيكي ، لن يحدث أي حمل زائد
4. التعويض التوافقي ، يمكن تصفية 2 ~ 50 التيار التوافقي في نفس الوقت
5. تصميم واختيار بسيط ، تحتاج فقط إلى قياس حجم التيار التوافقي
6. تيار حقن ديناميكي أحادي الطور ، لا يتأثر بخلل في النظام
7. الاستجابة لتحميل التغييرات في غضون 40 US ، وقت الاستجابة الإجمالي هو 10 مللي ثانية (1/2 دورة)
تأثير الترشيح
معدل التحكم التوافقي مرتفع مثل 97٪ ، ونطاق التحكم التوافقي عريض بمقدار 2 ~ 50 مرة.
طريقة ترشيح أكثر أمانًا واستقرارًا ؛
وضع التحكم الرائد في الصناعة ، تردد التبديل يصل إلى 20 كيلو هرتز ، مما يقلل من فقدان التصفية ويحسن بشكل كبير من سرعة التصفية ودقة الإخراج.ويمثل مقاومة لا نهائية لنظام الشبكة ، والتي لا تؤثر على مقاومة نظام الشبكة ؛والشكل الموجي الناتج دقيق ولا تشوبه شائبة ، ولن يؤثر على المعدات الأخرى.
قدرة أقوى على التكيف مع البيئة
متوافق مع مولدات الديزل ، مما يحسن من قدرة تحويل الطاقة الاحتياطية ؛
تحمل أعلى لتقلبات وتشوهات جهد الدخل ؛
جهاز الحماية من الصواعق القياسية من الفئة C ، يعمل على تحسين القدرة على تحمل الظروف الجوية السيئة ؛
النطاق المطبق لدرجة الحرارة المحيطة أقوى ، حتى -20 درجة مئوية ~ 70 درجة مئوية.
التطبيقات
إن المعدات الرئيسية لشركة السباكة هي فرن كهربائي متوسط التردد.الفرن الكهربائي ذو التردد المتوسط هو مصدر توافقي نموذجي ، والذي يولد عددًا كبيرًا من التوافقيات ، مما يتسبب في فشل مكثف التعويض في العمل بشكل طبيعي.أو نحو ذلك تصل درجة حرارة المحول إلى 75 درجة صيفاً مما يتسبب في إهدار الطاقة الكهربائية ويقصر عمره.
ورشة مسبك فرن التردد المتوسط تعمل بجهد 0.4KV ، وحملها الرئيسي هو فرن التردد المتوسط ذو 6 نبضات.يولد جهاز المعدل عددًا كبيرًا من التوافقيات أثناء تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر أثناء العمل ، وهو مصدر توافقي نموذجي ؛يتم حقن التيار التوافقي في شبكة الطاقة ، ويتولد الجهد التوافقي على مقاومة الشبكة ، مما يتسبب في جهد الشبكة وتشويه التيار ، مما يؤثر على جودة إمداد الطاقة وسلامة التشغيل ، ويزيد من فقدان الخط وتعويض الجهد ، ويكون له تأثير سلبي على الشبكة و المعدات الكهربائية للمصنع نفسه.
1. التحليل التوافقي المميز
1) جهاز التصحيح لفرن التردد المتوسط عبارة عن تصحيح قابل للتحكم بـ 6 نبضات ؛
2) التوافقيات الناتجة عن المعدل هي 6K + 1 مدروجات فردية.تستخدم سلسلة فورييه لتحلل وتحويل التيار.يمكن ملاحظة أن شكل الموجة الحالي يحتوي على 6K ± 1 التوافقيات الأعلى.وفقًا لبيانات الاختبار لفرن التردد المتوسط ، التوافقي يظهر محتوى التيار الموجي في الجدول أدناه:
أثناء عملية تشغيل فرن التردد المتوسط ، يتم إنشاء عدد كبير من التوافقيات.وفقًا لنتائج الاختبار والحساب لفرن التردد المتوسط ، فإن التوافقيات المميزة هي بشكل أساسي التيارات التوافقية الخامسة ، والسابع ، والحادي عشر ، والثالث عشر كبيرة نسبيًا ، والجهد والتشوه الحالي خطير.
2. مخطط التحكم التوافقي
وفقًا للوضع الفعلي للمؤسسة ، صممت شركة Hongyan Electric مجموعة كاملة من حلول الترشيح للتحكم التوافقي في أفران التردد المتوسط.بالنظر إلى عامل طاقة الحمل ، واحتياجات الامتصاص التوافقي والتوافقيات الخلفية ، يتم تثبيت مجموعة من أجهزة الترشيح النشطة على جانب الجهد المنخفض 0.4 كيلو فولت من محول المؤسسة.التوافقيات محكومة.
3. تحليل تأثير المرشح
1) يتم تشغيل جهاز الترشيح النشط ، ويتتبع تلقائيًا التغييرات في معدات التحميل المختلفة لفرن التردد المتوسط ، بحيث يمكن تصفية كل متناسق بشكل فعال.تجنب الإرهاق الناجم عن الرنين المتوازي لبنك المكثف ودائرة النظام ، وتأكد من التشغيل العادي لخزانة تعويض الطاقة التفاعلية ؛
2) تم تحسين التيارات التوافقية بشكل فعال بعد العلاج.تم تجاوز التيارات التوافقية الخامس والسابع والحادي عشر التي لم يتم استخدامها بشكل خطير.على سبيل المثال ، ينخفض التيار التوافقي الخامس من 312 أ إلى حوالي 16 أ ؛يسقط التيار التوافقي السابع من 153 أ إلى حوالي 11 أ ؛يسقط التيار التوافقي الحادي عشر من 101 أ إلى حوالي 9 أ ؛تتوافق مع المعيار الوطني GB / T14549-93 "توافقات جودة الطاقة للشبكة العامة" ؛
3) بعد التحكم التوافقي ، تنخفض درجة حرارة المحول من 75 درجة إلى 50 درجة ، مما يوفر الكثير من الطاقة الكهربائية ، ويقلل من الخسارة الإضافية للمحول ، ويقلل من الضوضاء ، ويحسن سعة تحميل المحول ، ويطيل عمر خدمة المحولات ؛
4) بعد المعالجة ، يتم تحسين جودة إمداد الطاقة لفرن التردد المتوسط بشكل فعال ، وتحسين معدل استخدام مصدر طاقة التردد المتوسط ، مما يؤدي إلى التشغيل الآمن والاقتصادي للنظام على المدى الطويل وتحسين منافع اقتصادية؛
5) تقليل القيمة الفعالة للتيار المتدفق عبر خط التوزيع ، وتحسين عامل الطاقة ، والقضاء على التوافقيات التي تتدفق عبر خط التوزيع ، وبالتالي تقليل فقد الخط بشكل كبير ، وتقليل ارتفاع درجة حرارة كابل التوزيع ، وتحسين الحمل قدرة الخط
6) الحد من سوء تشغيل أو رفض معدات التحكم وأجهزة حماية الترحيل ، وتحسين سلامة وموثوقية إمدادات الطاقة ؛
7) تعويض عدم التوازن الحالي ثلاثي الطور ، وتقليل فقد النحاس للمحول والخط والتيار المحايد ، وتحسين جودة إمداد الطاقة ؛
8) بعد توصيل APF ، يمكنه أيضًا زيادة سعة تحميل المحولات وكابلات التوزيع ، وهو ما يعادل توسع النظام ويقلل من الاستثمار في توسيع النظام.
الوقت ما بعد: 13 أبريل - 2023