中頻爐諧波濾波系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中頻爐控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中頻爐諧波濾波系統(tǒng)及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]中頻感應(yīng)爐(中頻爐)是廢鐵回收再熔煉的主流設(shè)備。其主要由變壓器、中頻電源柜、補(bǔ)償電容器、短網(wǎng)、中頻感應(yīng)熔煉爐、液壓傾動(dòng)裝置、水冷系統(tǒng)、烘爐設(shè)備等組成。其原理是將50Hz電源經(jīng)中頻電源柜整流為直流再逆變?yōu)?00Hz以上的中頻電源，使中頻感應(yīng)熔煉爐中廢鋼感應(yīng)發(fā)熱熔化為鋼水。整流電路產(chǎn)生與整流脈動(dòng)數(shù)相關(guān)的特征諧波，諧波次數(shù):特征諧波次數(shù)為:Hn=kp±l，p代表相數(shù)(脈波數(shù))，k為正整數(shù)；中頻逆變電路產(chǎn)生非特征諧波，非特征諧波頻率為:Fhm=2*FLn±Fl，式中:Fhm為交流電源側(cè)產(chǎn)生的非特征諧波頻率，F(xiàn)Ln為中頻頻率，F(xiàn)1為電網(wǎng)頻率。整流產(chǎn)生的特征諧波Hn和中頻電源產(chǎn)生非特征諧波Hm注入電網(wǎng)系統(tǒng)將會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的危害。因而，在設(shè)計(jì)和建設(shè)非線性負(fù)荷的配電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采取抑制和消除諧波的措施，使用戶配電系統(tǒng)滿足國(guó)家制訂的諧波標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93要求，并使用戶計(jì)費(fèi)點(diǎn)月平均功率因數(shù)高于0.9。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)通常采取以下措施抑制或消除諧波影響:一是增大供電系統(tǒng)對(duì)諧波的承受能力；提高系統(tǒng)的短路容量;采用較高電壓供電；二是減小諧波發(fā)生量:增加整流裝置的脈動(dòng)數(shù)、增大換向電抗、改善觸發(fā)對(duì)稱度；同類型非線性負(fù)荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波;三是安裝電力諧波濾波裝置。其中，加大系統(tǒng)的短路容量難以實(shí)現(xiàn);增加整流器的等效相數(shù)也受到限制，當(dāng)?shù)刃鄶?shù)超過12相時(shí)，需增加移相設(shè)備，同時(shí)會(huì)帶來維修運(yùn)行上的不便，因而安裝諧波濾波裝置就成了首選，諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]在采取安裝電力諧波濾波裝置手段時(shí)，目前一般按整流回路特征諧波設(shè)置濾波回路，并按中頻爐功率因數(shù)或無功發(fā)生量等物理量來投切濾波裝置。由于在中頻爐不同的生產(chǎn)階段中頻逆變電路產(chǎn)生非特征諧波是變化的，已投入的濾波回路調(diào)諧頻率如高于該非特征諧波頻率時(shí)，濾波回路將對(duì)該非特征諧波放大，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)諧振，危害設(shè)備和電網(wǎng)系統(tǒng)安全;為避免諧波放大和系統(tǒng)諧振，部分技術(shù)將濾波回路諧振頻率設(shè)置得低于非特征諧波頻率，雖可避免諧波放大和系統(tǒng)諧振，但犧牲了對(duì)諧波的濾波性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提供一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中頻爐的中頻電源頻率相應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整諧波濾波支路的投入和切除以實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻爐諧波的濾波處理，能夠有效避免濾波裝置對(duì)中頻電源產(chǎn)生的非特征諧波的放大甚至是諧振從而確保系統(tǒng)安全的中頻爐諧波濾波系統(tǒng)及其工作方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的中頻爐諧波濾波系統(tǒng)，包括為中頻熔煉爐供電的中頻電源，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:還包括: 隔離整形單元，用于將中頻電源交流電壓信號(hào)變換為與中頻電源的實(shí)時(shí)頻率相等的脈沖信號(hào);隔離整形單元的輸入端與中頻電源的輸出端電連接；
頻率檢測(cè)控制單元，用于檢測(cè)中頻電源當(dāng)前頻率信號(hào)并相應(yīng)發(fā)出諧波濾波投切控制命令；
光耦隔離單元，用于將隔離整形單元與頻率檢測(cè)控制單元隔離并實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合傳輸；光耦隔離單元的輸入端與隔離整形單元的輸出端電連接;頻率檢測(cè)控制單元的信號(hào)輸入端與光耦隔離單元的輸出端信號(hào)電連接;光耦隔離單元的電源端與頻率檢測(cè)控制單元的電源輸出端電連接；
諧波濾波單元，用于對(duì)中頻電源的諧波濾波;其包括N個(gè)調(diào)諧頻率不同的與中頻電源并聯(lián)的濾波支路，其中N為大于1的自然數(shù)；
控制執(zhí)行單元，用于根據(jù)頻率檢測(cè)控制單元的命令控制諧波濾波單元中相應(yīng)的濾波支路的投入和切除;控制執(zhí)行單元的控制信號(hào)輸入端與頻率檢測(cè)控制單元的信號(hào)輸出端電連接;控制執(zhí)行單元與諧波濾波單元的各濾波支路控制電連接。
[0007]進(jìn)一步的方案是:上述的隔離整形單元包括隔離變壓器TA、限流電阻R1、穩(wěn)壓二極管D1和整流二極管D2;隔離變壓器TA的初級(jí)輸入端即為上述的隔離整形單元的輸入端；隔離變壓器TA的次級(jí)輸出端包括a接線端和b接線端;限流電阻R1的一端與隔離變壓器TA的次級(jí)輸出端的a接線端電連接;限流電阻R1的另一端與穩(wěn)壓二極管D1的負(fù)極具有公共接點(diǎn);穩(wěn)壓二極管D1的正極與整流二極管D2的正極具有公共接點(diǎn)，該2個(gè)公共接點(diǎn)共同構(gòu)成上述的隔離整形單元的輸出端;整流二極管D2的負(fù)極與隔離變壓器TA的次級(jí)輸出端的b接線端電連接。
[0008]進(jìn)一步的方案是:上述的光電隔離單元包括限流電阻R2、保護(hù)二極管D3和光電耦合器G1;光電親合器G1包括發(fā)光二極管和光敏三極管;保護(hù)二極管D3的正極和光電親合器G1的發(fā)光二極管的負(fù)極具有公共接點(diǎn)，該公共接點(diǎn)和限流電阻R2的一端共同構(gòu)成上述的光電隔離單元的輸入端;保護(hù)二極管D3的負(fù)極、光電耦合器G1的發(fā)光二極管的正極以及限流電阻R2的另一端共線;光電耦合器G1的光敏三極管的射極即為上述的光耦隔離單元的電源端;光電耦合器G1的光敏三極管的集電極即為上述的光耦隔離單元的輸出端。
[0009]進(jìn)一步的方案是:上述的頻率檢測(cè)控制單元為PLC可編程邏輯控制器;PLC可編程邏輯控制器具有電源輸入端、直流電源輸出端VDD、信號(hào)輸入端II和信號(hào)輸出端Y1至Yn，其中η為與上述諧波濾波單元中濾波支路數(shù)Ν的數(shù)值相同的自然數(shù);PLC可編程邏輯控制器的直流電源輸出端VDD即為上述的頻率檢測(cè)控制單元的電源輸出端;PLC可編程邏輯控制器的信號(hào)輸入端II即為上述的頻率檢測(cè)控制單元的信號(hào)輸入端;PLC可編程邏輯控制器的信號(hào)輸出端Υ1至Yn共同構(gòu)成上述的頻率檢測(cè)控制單元的信號(hào)輸出端。
[0010]進(jìn)一步的方案還有:上述的控制執(zhí)行單元包括第一繼電器組和第二繼電器組;第一繼電器組由繼電器KA1至ΚΑη組成;第二繼電器組由繼電器ΚΜ1至ΚΜη組成，其中η為與上述諧波濾波單元中濾波支路數(shù)Ν的數(shù)值相同的自然數(shù);第一繼電器組的各第一繼電器ΚΑ的輸入端共同構(gòu)成上述的控制執(zhí)行單元的控制信號(hào)輸入端;第一繼電器組的各第一繼電器ΚΑ的常開觸點(diǎn)串接在第二繼電器組的相應(yīng)第二繼電器ΚΜ與市電Va之間；第二繼電器組的各第二繼電器KM的常開觸點(diǎn)串接于上述的諧波濾波單元相應(yīng)的濾波支路中。
[0011 ]上述的中頻爐諧波濾波系統(tǒng)的工作方法，包括諧波濾波單元的濾波支路的投入和切除方法，其中諧波濾波單元的濾波支路的投入方法包括以下步驟:
①隔離整形單元對(duì)中頻電源電壓信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將變換為與中頻電源的實(shí)時(shí)頻率相等的脈沖信號(hào)經(jīng)光電隔離單元發(fā)送給頻率檢測(cè)控制單元；
②頻率檢測(cè)控制單元實(shí)時(shí)采樣光電隔離單元發(fā)送的頻率信號(hào)，得到中頻電源的實(shí)時(shí)中頻頻率f;
③頻率檢測(cè)控制單元將實(shí)時(shí)中頻頻率f與諧波濾波單元中未投入的調(diào)諧頻率最小的濾波支路所對(duì)應(yīng)的調(diào)諧頻率進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)時(shí)中頻頻率f小于當(dāng)前參與對(duì)比的濾波支路的調(diào)諧頻率，則不動(dòng)作;若實(shí)時(shí)中頻頻率f大于當(dāng)前參與對(duì)比的濾波支路的調(diào)諧頻率，則頻率檢測(cè)控制單元通過控制執(zhí)行單元接通諧波濾波單元中該濾波支路使其投入；
④重復(fù)步驟①至步驟③，直至諧波濾波單元中的全部濾波支路均被控制投入。
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