中频炉方案

中频炉谐波治理方案

一、中频炉综述

中频炉是一种中频感应加热设备，中频炉所使用的电源是一种将工频50HZ

交流电转变为中频（300HZ以上至1000 HZ）的装置，配上感应圈及补偿电容器，应用电磁感应原理的加热设备，广泛用于有色金属的熔炼、加热。如熔练生铁，普通钢、不锈钢、工具钢、铜、铝、金、银及合金等；透热锻造用途的钢件、铜件，用于挤压成形的铝锭等，对金属进行调质、淬火等热处理。中频炉加热装置具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优及有利环境等优点，正迅速淘汰燃煤炉、燃气炉、燃油炉及普通电阻炉，是新一代的金属加热设备。

二、中频电源的工作原理

中频电源是一种“交一直一交”变换的整流换流设备，其常用的电路如下：图1为国内较多采用的一种中频电源装置的主电路；图2为其电路及波形图。

电网提供工频电源，经整流滤波后变成直流，再通过逆变器转换成负载所需频率的中频交流。滤波电抗器(L d)除

滤波外，还起着整流桥与逆变桥之间的交流隔离和限制短路时故障电流上升速率和峰值的作用。在并联逆变器中，由感应线圈(L)和炉料(R)组成的负载与中频电容(c)并联，工作于接近谐振的状态。因此中频感应电源设备为电炉提供中频大电流，使得熔炼炉具备了良好的加热功能。

三、中频炉的谐波分析

中频炉谐波主要由三相整流电路交流三相和直流电流不断地换相引起的，在假定理想条件下，确定其交流侧电流表达式，对其进行傅里叶分解，以A相电压过零点为时间零点，则有：

由式(1)可知，交流侧电流中仅含6k ±l(k为正整数)次谐波，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。

中频感应炉的电源系统是电力系统中数量最大的谐波源，常见的为中频炉和高频感应炉电源等。一般６脉冲中频炉，主要产生５、７、１１、１３次特征谐波等；对于１２脉冲换流中频炉，主要为１１、１３、２３、２５次特征谐波。一般情况下，小型换流装置采用６脉冲，较为大型采用１２脉冲，如炉变压器接

成Ｙ／△／Ｙ型，或者采用两台炉变压器供电。

四、现场测试状况

中频炉容量5吨属于小型换流装置；一般情况下，小型换流装置采用６脉冲，６脉冲中频炉，主要产生５、７、１１、１３次特征谐波；其中5次、7次比较严重，电压总畸变率95%概率值4~11%；5次谐波电流畸变率95%概率值7~20%，7次谐波电流畸变率95%概率值5~13%；1顿的中频炉开炉时它的低压侧的谐波电流大约能引起10kV侧的电压畸变5.0~7.0%（同系统阻抗有关，有可能有所变化），远超过国家标准（国标3.0%）。

五、改造方案

中频炉谐波治理我们有多年丰富的经验，根据现场测试数据及我们多年的经验，我们决定在用户的低压侧加装一套低压滤波装置，采用LC无源滤波器作为主要治理手段，它相对有源滤波装置更经济，又能保证效果。

根据我们以往测试的数据，一般中频炉的5次电压畸变约在7~10%左右，电流畸变约在14~19%左右，现场测试结果同我们预测的基本没什么出处。参照我们以往的成功案例，一般1吨的中频炉（如我们现场测试佳隆铸造企业的）需要配置一套基波容量再450kvar左右的无源滤波器，全部做成单调谐即可，其中5次滤波支路基波容量为300kvar，7次滤波支路基波容量为100kvar，11次滤波支路为50kvar（根据现场状况，可去掉）；750kg的炉子需要配置一套基波容量再350kvar左右的无源滤波器，全部做成单调谐即可，其中5次滤波支路基波容量为250kvar，7次滤波支路基波容量为100kvar（根据现场状况，可去掉）；500kg的炉子（如胶东实业铸造）需要配置一套基波容量再300kvar左右的无源滤波器，全部做成单调谐即可，其中5次滤波支路基波容量为240kvar，7次滤波支路基波容量为60kvar（根据现场状况，可去掉）；250kg以下的炉子需要配置一套基波容量再240kvar左右的无源滤波器，全部做成单调谐即可，其中5次滤波支路基波容量为180kvar，7次滤波支路基波容量为60kvar（根据现场状况，可去掉）；滤波装置原理图如下：