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中频炉谐波分析
滤波补偿装置在中频炉的应用
用户情况介绍
山东某铸造公司主要设备为中频电炉,中频电炉属于典型谐波源,产生大量谐波,造成补偿电容器无法正常投入运行,功率因数达不到供电要求的0.9以上,每月产生无功罚款1.2万元左右,变压器温度在夏季达75度,造成电能浪费,寿命缩短。
一、中频电炉概述
中频电炉铸造车间以0.66kV电压供电,其主要负荷为6脉动整流中频炉,整流设备在工作中在把交流变为直流的同时产生大量的谐波,属典型谐波源;谐波电流注入电网,在电网阻抗上产生谐波电压,引起电网电压电流畸变,影响供电质量及运行安全,使线路损耗及电压偏移增加,对电网和工厂本身电气设备均会产生不良的影响。
1、中频原理

三相桥式全波整流电路将工频50HZ整流成脉动的直流电,可以调节的直流电压Ud,来调节负载电流。LD为滤波电抗,是把工频和中频网络隔开,并把直流电流滤成平化的波形。逆变电路是8只晶闸管组成单相桥式逆变电路,它将直流电流逆变为交流中频电流,并将它送入负载。负载电路是炉圈与电热电容组成并联谐振。逆变电路的输出频率受负载电路振荡频率控制,工作在略高于负载振荡频率。
并联变频电路对负载的适应能力特别强,是当前应用最广泛的一种电路,主要是用作中频熔炼和透热的电源。
特征谐波分析
1中频炉的整流装置为6脉动可控整流;
2整流装置所产生的谐波为6K+1次奇次谐波,采用傅立叶级数对电流进行分解变换,可知电流波形含有6K±1次高次谐波,根据对中频炉的测试数据,其谐波电流含有量见下表:
6脉动桥式换流器谐波电流含有量:(In/I1
4、供电系统图:
根据企业实际情况,我公司针对中频炉谐波治理设计了整套滤波方案,综合考虑负荷功率因数、谐波吸收需要和背景谐波,在企业变压器2500KVA0.66KV低压侧安装一套谐波滤波装置对谐波进行治理。
滤波装置谐波电流的设计满足国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的管理规定。
l在0.66KV系统运行方式下,滤波设备投运后,滤波器吸收点处某次谐波的幅值及含有量都有大幅度下降,功率因数0.95以上。
l不因为投入滤波装置而引起某次谐波的谐振或谐振过电压、过电流。
2、方案确定
由于中频炉在工作过程中谐波较大,如5次谐波达到了基波电流的
21.5%,对电网、设备本身和其它用户都造成了不同程度的影响。另
外,考虑设备的功率因数特点,在设计时要做到谐波消除补偿无功提高功率因数等。
针对设备的特性本方案采用滤波兼无功补偿的方式,它的主要作用:改善供电系统的稳定性;抑制谐波电流以减少谐波造成的危害。
中频炉工作过程可分为初加热过程和正常工作过程,初加热过程持续时间短,但高次谐波比较丰富,设计时要考虑各滤波支路不会对高次谐波放大,而在整个过程中正常工作占大部分时间,其中正常工作过程时电流大,谐波含量大。从测试数据看主要谐波成分是5次、7次、11次、13次其中以5次谐波为最大,电压畸变严重。综上因素考虑滤波装置设计5次、7次、11次三条LC滤波支路,吸收5、
7、11次及以上次数的谐波。方案采用仿真法对各回路投入时是否
产生非特征频率的谐振进行分析,并最终确定回路的参数。
3、技术特点
l针对用户系统谐波无功专门设计制造,消除特性谐波补偿无功功率,滤波效果明显。
l对于5、7、11次谐波电流吸收率达到75%以上,谐波满足GB/T14549-93要求。
l根据谐波源的特性设定滤波器的投切方式和控制策略。
l检测系统情况,按照负荷的无功电流、谐波电流进行实现跟踪。
使受电功率因数提高到0.95以上,降低配电网的线损、增加配电变压器的承载效率。
l补偿过程中电网电压波动满足国家标准GB/12326-90要求,即:满负荷到轻负荷补偿变化引起的一次侧电压波动≤2.5%。
l装置保护措施:过电压保护、过电流保护、欠电压保护、接地保护、
过热保护。
l系统不产生无线电(射频电磁干扰。
l运行方式:全自动,连续工作。
l供电系统及滤波原理图:
五、治理效果
滤波补偿前(电流滤波补偿后(电流

滤波补偿前(电压滤波补偿后(电压

滤波补偿前(电压滤波补偿后(电压

滤波补偿前(电流滤波补偿后(电流

六、结论
1、滤波补偿装置投入运行,自动跟踪中频炉的各种负载设备变化,使各次谐
波得到有效滤除。2、未治理前电压总畸变率(THD严重超出国标5%的限值要求。经治理,电压总畸变率(THD从原来的15.6%,降止3.4%,各次谐波都符合国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》标准要求。3、经治理谐波电流都得到有效改善，未投入5、7、11次的谐波电流都严重超标，投入后超标的各次谐波电流吸收率都大于80%以上，符合设备设