中频炉常用谐波治理措施

2020-09-04 16:34 precede
中频炉采用200-2500Hz中频电源进行感应加热,熔炼保温,主要用于熔炼碳钢,合金钢,特种钢,也可用于铜,铝等有色金属的熔炼和提温。设备体积小,重量轻,效率高,耗电少,熔化升温快,炉温易控制,生产效率高。中频炉利用较高频率的交变电流产生交变磁场,再利用交变磁场产生涡流达到加热效果。其变流装置是高次谐波的主要发生源,对6脉整流电路,主要产生5次、7次、11次谐波,可根据公式h=nk±1(k为正整数,n为脉动数)来计算,各次谐波有效值与谐波次数成反比,且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。此外,由于整流装置本身的原因,也会导致产生非特征高次谐波。
        目前,谐波治理措施主要有LC滤波器、APF有源电力滤波器和混合型滤波补偿三种方式:
1、 LC滤波器
        对主要谐波采取分流或滤波,利用串联的L、C谐振原理,将滤波器的谐振次数设定为与需要滤除的谐波次数一样,使该次谐波大部分流入滤波器,从而起到滤除该次谐波的目的。这种滤波器成本相对较低,但是由于中频炉的功率因数较高,电容组数多时会出现无功倒送问题。
2、 有源电力滤波器
        是谐波抑制比较新的方法,它的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受阻抗的影响。但该滤波器成本高昂,投资回报长,大多数中频炉企业较难承受。
3、 混合型滤波补偿
        是指利用有源滤波器与多组LC滤波器并联使用。绝大多数由谐波源产生的谐波由LC滤波器滤除,有源电力滤波器可说是起拾遗补缺的作用,它只需补偿LC滤波器未能补偿的谐波,因而容量不需很大。
        由于无源滤波器的结构和原理相对简单,成本较低,运行可靠,虽然它还存在着一些缺点,但是仍然是目前应用最广泛的谐波抑制方法。
下面介绍几种最常用的无源滤波器的特点。
1、单调谐滤波器:
        单调谐滤波器对单个谐波来说,滤波效果最好。与高通滤波器相比,其损耗小,这是单调谐滤波器的主要优点。因电力系统频率变化、环境温度变化和调谐偏差,有可能在失谐状态下运行,使滤波效果下降。
2、二阶高通滤波器:
        对单个谐波来说,滤波效果没有单调谐好,二阶高通滤波器通频带很宽,滤波效果也很好。由于二阶高通滤波器损耗比单调谐滤波器要大,所以一般情况下应用于较高次谐波。
3、C型高通滤波器:
        C型高通滤波器滤波性能处于二阶和三阶高通滤波器之间,R的基波损耗最小。C型高通滤波器一般情况下用于电弧炉滤波,对二次谐波特别有效。
滤波器设计原则
1、 滤波器的设计必须满足国家颁布的谐波管理规定,即流向系统的各次谐波电流和系统的电压总谐波畸变率不能超过国家规定的限值。如超过加装滤波器,使谐波限定在规定 的范围内。
2、 一般设计要求系统谐波阻抗为感性,使滤波器与系统(包括其它元件)发生电流谐振的可能性不存在。
3、滤波器宜装设在总降变电所主变压器二次侧,这样可实现集中滤波和无功补偿的目的,以提高滤波和补偿效果,减少投资,方便管理。
4、当负荷装置容量较大,宜分别接在不同主变压器的二次母线上,并各自设置相应的滤波器,这样设计比较合理,运行经济。
5、滤波器设计应考虑背景谐波和近期发展的非线性负荷。
有效的谐波治理方案:
        针对各次谐波分别治理。确定方案的前提,主要是根据补偿的无功容量和主要的各次谐波电流,确定滤波支路及其滤波器支路的基波容量,然后计算各滤波器支路的参数。首先必须确定电容器的额定电压。电容器容量和额定电压确定后,需要根据负荷的性质确定滤波器的形式以及如何搭配。一套滤波器通常由几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成,其中以单调谐滤波器为主。
由于中频炉负载本身配补偿电容器,其功率因数较高。用传统的无源滤波会造成无功过补。现在可以通过提高滤波电容器的额定电压来提高电容器的谐波吸收能力。通过补偿很少的无功。来达到滤除各次谐波的功能。
根据ωC = 1/ωL
ω=2nπf ,n为谐波次数
 
        滤除哪次谐波,该滤波器在该次上感抗与容抗阻值相等,从而构成串联谐振,吸收该次谐波。为防止吸收谐波电流过大,损坏滤波设备。一般选择谐振点会稍偏离需滤除的谐波次数。