无功补偿改造技术方案

项目编号 陕西斯瑞工业有限责任公司陕西斯瑞工业有限责任公司 真空感应中频熔炼炉无功补偿改造项目真空感应中频熔炼炉无功补偿改造项目 编 写 王海龙 会 审 审 定 批 准 2013 年 01 月 20 日 B 类 目目 录录 1 无功补偿的经济意义 2 公司中频炉的电路分析公司中频炉的电路分析 3 效益分析效益分析 4 中频熔炼电源的改进方案中频熔炼电源的改进方案 5 配电室的无功补偿配套方案配电室的无功补偿配套方案 6 联系电话联系电话一 一 无功补偿的原理及经济意义无功补偿的原理及经济意义 1 无功补偿的原理无功补偿的原理 功率包括两部分功率包括两部分 一是有功功率一是有功功率 二是无功功率二是无功功率 直接消耗电能直接消耗电能 把电能转把电能转 变为机械能变为机械能 热能热能 化学能或声能化学能或声能 利用这些能作功利用这些能作功 这部分功率称为有功功率这部分功率称为有功功率 不消耗电能不消耗电能 只是把电能转换为另一种形式的能只是把电能转换为另一种形式的能 这种能作为电气设备能这种能作为电气设备能 够作功的必备条件够作功的必备条件 并且并且 这种能是在电网中与电能进行周期性转换这种能是在电网中与电能进行周期性转换 这部分功这部分功 率称为无功功率率称为无功功率 例如磁元件建立磁场占用的电能例如磁元件建立磁场占用的电能 电容器建立电场所占的电能电容器建立电场所占的电能 电流在纯电流在纯 感元件中作功时感元件中作功时 电流超前于电压电流超前于电压 90 度度 电流通过元件中作功时电流通过元件中作功时 电流滞后电压电流滞后电压 90 度同一电路中度同一电路中 电感电流与电电感电流与电 容电流方向相反容电流方向相反 互差互差 180 如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件 使两者的电流相互抵消使两者的电流相互抵消 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角接近使电流的矢量与电压矢量之间的夹角接近 0 度 也度 也 就是尽可能使电压 电流同相位 使电路呈现纯阻性电路的特性 这样电路就是尽可能使电压 电流同相位 使电路呈现纯阻性电路的特性 这样电路 中电流最小 那么流过整个闭合回路的电路中的损耗最小 负载的转换效率中电流最小 那么流过整个闭合回路的电路中的损耗最小 负载的转换效率 最高 这就是无功补偿的原理 工厂企业的设备主要是各种电机及感性负载最高 这就是无功补偿的原理 工厂企业的设备主要是各种电机及感性负载 具体分析如下 具体分析如下 电机数学模型电机数学模型 以二相导通星形三相六状态为例 为了便于分析 假定 以二相导通星形三相六状态为例 为了便于分析 假定 a 三相绕组完全对称 气隙磁场为方波 定子电流 转子磁场分布皆对称 三相绕组完全对称 气隙磁场为方波 定子电流 转子磁场分布皆对称 b 忽略齿槽 换相过程和电枢反应等的影响 忽略齿槽 换相过程和电枢反应等的影响 c 电枢绕组在定子内表面均匀连续分布 电枢绕组在定子内表面均匀连续分布 d 磁路不饱和 不计涡流和磁滞损耗 磁路不饱和 不计涡流和磁滞损耗 则三相绕组的电压平衡方程可表示为 则三相绕组的电压平衡方程可表示为 1 00 0 0 00 式中 式中 为定子相绕组电压为定子相绕组电压 V 为定子相绕组电流为定子相绕组电流 A 为定子相绕组电动势为定子相绕组电动势 V L 为每相绕组的自感为每相绕组的自感 H M 为每相绕组间为每相绕组间 的互感的互感 H p 为微分算子为微分算子 p d dt 三相绕组为星形连接 且没有中线 则有三相绕组为星形连接 且没有中线 则有 2 0 3 0 得到最终电压方程 得到最终电压方程 4 00 0 0 00 00 0 0 00 L M L M L M r r r ia ib ic ea ec eb 图图 电机的等效电路电机的等效电路 从图中可以明显看出这是一种从图中可以明显看出这是一种 3 相平衡的相平衡的 L R 串联谐振电路 电路的特性串联谐振电路 电路的特性 分析如下 分析如下 90 si n2 t LI 基基本本关关系系式式 频频率率相相同同频频率率相相同同 U I东 东L 电电压压超超前前电电流流电电压压超超前前电电流流9090东 东 东 东 90 iu 相相位位差差 1 1 电电压压与与电电流流的的关关系系电电压压与与电电流流的的关关系系 t i Leu L d d 电电感感元元件件的的交交流流电电路路电电感感元元件件的的交交流流电电路路 设设 t Iisin2 i u eL L t t I Lu d si nd m 90 si n2 t U 90 sin2 t L Iu t Iisin2 或或或或 L U I L XIU 则则 感感抗抗感感抗抗 东 东电电感感L具具有有通通直直阻阻交交的的作作用用 直直流流 直直流流 f 0 XL 0 电电感感L视视为为短短路路 定定义义 定定义义 LfLXL 2 fL XL2 L IU 有有效效值值有有效效值值 交交流流 交交流流 f XL 感感抗抗感感抗抗X X L L 是是频频率率的的函函数数是是频频率率的的函函数数 L X 可可得得相相量量式式 可可得得相相量量式式 jj L XIL IU f L U I 2 电电感感电电路路复复数数形形式式的的欧欧姆姆定定律律电电感感电电路路复复数数形形式式的的欧欧姆姆定定律律 U I 相相量量图图 90IU 超超前前 90 sin2 t L Iu t Iisin2 根根据据 0II 9090LI UU L I U I U j90 则则 L XI fO uip t UI2sin 2 2 功功率率关关系系功功率率关关系系 1 1 瞬瞬时时功功率率瞬瞬时时功功率率 0d 2sin d 1 o o tt UI T 1 tp T P T T 2 2 平平均均功功率率平平均均功功率率 90 sin2 t L Iu t Iisin2 L L是是非非耗耗是是非非耗耗 能能元元件件能能元元件件 储储能能储储能能 p0 分分析析 瞬瞬时时功功率率 uip t U I2sin u i u i u i u i p 0 p0 充充电电充充电电 p0 充充电电充充电电 pcos 所以提高功率因数后所以提高功率因数后 线损率也下降了线损率也下降了 减少设计容量减少设计容量 减少投资减少投资 增加电网中有功功率的输送比例增加电网中有功功率的输送比例 以及降低线损都直接决定和影响着供电企以及降低线损都直接决定和影响着供电企 业的经济效益业的经济效益 所以所以 功率因数是考核经济效益的重要指标功率因数是考核经济效益的重要指标 规划 实施无功补规划 实施无功补 偿势在必行偿势在必行 无功补偿的原则无功补偿的原则 提高用电单位的自然功率因数提高用电单位的自然功率因数 无功补偿分为集中补偿无功补偿分为集中补偿 分散补偿和随机随器分散补偿和随机随器 补偿补偿 应该遵循 全面规划应该遵循 全面规划 合理布局合理布局 分级补偿分级补偿 就地平衡 集中补偿与分散补就地平衡 集中补偿与分散补 偿相结合偿相结合 以分散补偿主以分散补偿主 高压补偿与低压补偿相结合高压补偿与低压补偿相结合 以低压补偿为主 调压以低压补偿为主 调压 与降损相结合 以降损为主的原则与降损相结合 以降损为主的原则 我厂动力由 10V 系统引接 从曹里村变电所地埋 3千米 10KV 电缆引到公司主变电室 然后经 4 台 1250 的变压器输出到车间 低 压 400 伏特母线长度是 240 米 曹里村 110KV 公司配电室 电缆母线 400V 1250BIAN YQ Q 140m 电缆 Q Q Q Q Q VarH 关口 WH Q Q Q 公司目前使公司目前使 用的真空感应用的真空感应 炉的电路图炉的电路图 WH VarH 10KV 约 3 千米 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7Q8Q9Q10 Q11Q12Q13Q14 R1 R2 R3 R4 R5 R6 G1 G2 G3 G4 G5 G6 Ld F2F1F3 L1L2L3 S1 A B C S2 F4 F5 F6 T2 N v Q sy SB3 141 142 143 144 32 27 18V 18V 5V 220V K1K2K3 L1 L2 L3 A V S3 R 75mV T3 154 155 125 126 107 106 50V 15V 100V 1000V kw V 127 104105 8 12 停停停停 停停停停停停停停 33 34 35N X1 X2 X3 X10 X20X30 2328 211212 1 2 3 4 X11 X21 X31 5 G7 G8 G9 G10 G11 G12 G13 G14 6 7 9 10 11 12 13 14 15 311 312 C11C21C31 C41C51C61 C71 C81 C91 C101 C111 C121 C131 C141 32 27 从图上可以看出这是一种并联电流型逆变式中频电源 这种电源改 变熔炼温度的方法是改变流过感应器的功率 从图中分析不难发现 实质它是通过改变 3 相全控桥的的移相角度从而改变直流输出电压 的大小 当输出电压增加了 那么输出功率也就随着增加 反之就 会降低 这是一种典型的在真空炉中引用的经典电路 比较可靠 稳定 电路简单 缺点就是由于是通过改变可控硅导通 角来调节输出功率的大小 而一般的电炉从开始加热到融化 浇铸 整个过程中功率是逐步增加的 即使是到了最高温度也不需要增加 到电源设计的最大输出功率 中频真空感应熔炼炉在整个加热过程 中的平均功率因数不会达到 0 6 那么提高功率因数对于企业来讲是 有很大的意义的 那么上述电路核心的分析也就是分析 3 相全控桥 电路的电路特性了 具体分析如下 主电路原理分析主电路原理分析 目前在各种整流电路中 应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路 其原理图 如图书 1 习惯将其中阴极连接在一起的 3 个晶闸管称为 135 VTVTVT 共阴极组 阳极连接在一起的 3 个晶闸管称为共阳极组 此 462 VTVTVT 外 习惯上希望晶闸管按从至的顺序导通 为此将按图示的顺序编号 即共阴 极组中与三相电源相接的 3 个晶闸管按图示的顺序编号 即共阴极组中与 a b c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为共阳极组中与 a b c 三相电 135 VTVTVT 源相接的 3 个晶闸管分别为按此编号 晶闸管的导通顺序为 462 VTVTVT 123456 VTVTVTVTVTVT 1 下面对其带阻感负载时工作情况进行分析 下面对其带阻感负载时工作情况进行分析 先假设将电路中的晶闸管换作二极管 这种情况也就相当于晶闸管触发角 时的情况 此时 对于共极组的 3 个晶闸管 阴极所接交流电压值最 0 0 高的一个导通 而对于共阳极组的 3 个晶闸管 则是阴极所接交流电压值最 低的一个导通 这样 任意时刻共阳极组和共阴组中各有 1 个晶闸管处于导 通状态 施加于负载上的电压为某一线电压 1 时 各晶闸管均在自然换相点处换相 由图中变压器二次绕组相 0 0 电压与线电压波形的对应关系 各自然换相点既是相电压的交点 同时也是线 电压的交点 在分析的波形时 既可以从相电压波形分析 也可以从线电 d u 压波形分析 直接从线电压波形看 由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的 是最大的相电压 而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压 输 出整流电压波形为线电压在正半周期的包络线 图 3 为时 即在自然换相点触发换相时 把一个周期等份 6 段 在 0 第 1 段期间 a 相电位高 因而共阴极组的晶闸管被触发导通 b 相电位最 1 VT 低 所以共阳极组的晶闸管被触发导通 这时电流由 a 相经流向负载 6 VT 1 VT 再经流入 b 相 变压器 a b 两相工作 经过角后 进入第 2 段工作时期 6 VT 60 此时 a 相电位仍然最高 晶闸管继续导通 但是 c 相电位却变成最低 当经 1 VT 过自然换相点时 触发 c 相晶闸管 电流从 b 相换到 c 相 承受反向电压而 2 VT 关断 这时电流由 a 相流出经 负载 R L 流回电源 c 相 变压器 a c 两 1 VT 2 VT 相工作 再经过后 进入第 3 段时期 此时 b 相电位最高 共阴极组经过自 60 然换相点时触发导通晶闸管 电流即从 a 相换到 b 相 c 相晶闸管电位 3 VT 2 VT 仍然最低而继续导通 这时变压器 b c 两相工作 在第 3 段期间 b 相电位最高 晶闸管仍然继续导通 这时 a 相电位却变成最低 所以晶闸管导通 这 3 VT 4 VT 时电流由 b 相流出经 负载 R L 晶闸管流回 b 相电源 变压器 b a 两 3 VT 4 VT 相工作 在第 4 段期间 c 相电位最高 晶闸管导通 b 相电位最低 晶闸 5 VT 管导通 电流由 c 相流出经 负载 R L 晶闸管流回电源 b 相 变 6 VT 5 VT 6 VT 压器 c b 两相工作 图 3 2 下面给出其波 与相比 一周期中波形仍由 0 30 0 0 d u 段线电压构成 每一段导通晶闸管等仍符合表的规律 区别在于 晶闸管起始导通时刻推迟了 组成的每一段线电压因此推迟 0 30 d u 平均值降低 阻感负载时 由于电感的作用 使得负载电流 0 30 d u 波形变得平直 当电感足够大的时候 负载电流的波形可近似为一 条水平线 图 4 为时 把一个周期同样等份 6 段 在第 1 段期间 a 相电位高 30 因而晶闸管被触发导通 b 相电位最低 这时晶闸管被触发导通 这时 1 VT 6 VT 电流由 a 相经流出而流向负载 R L 再经流入 b 相 变压器 a b 两相工 1 VT 6 VT 作 在第 2 段工作时期 此时 a 相电位仍然最高 晶闸管继续导通 a 相电位 1 VT 最低 因而晶闸管被触发导通 电流由 a 相流出经晶闸管流入负载 经 2 VT 1 VT 过流入 c 相 变压器 c a 两相工作 在第 3 段工作时期 b 相电位最高 因 2 VT 而晶闸管被触发导通 a 相电位最低 晶闸管被触发导通 电流由 b 相 3 VT 4 VT 经流出 经过负载 经过流入 a 相 这时变压器 b a 两相工作 在第 4 3 VT 4 VT 段期间 c 相电位最高 晶闸管被触发导通 a 相电位最低 晶闸管导 5 VT 4 VT 通 这时电流由 c 相经流出 经过负载 再经流入 a 相 a 电位最低 5 VT 4 VT 变压器 c a 两相工作 在第 5 段工作期间 c 相电位最高 晶闸管导通 b 5 VT 相电位最低 晶闸管导通 电流由 c 相经流出 负载 再经流入 b 6 VT 5 VT 6 VT 相 变压器 c b 两相工作 图 4 3 时 由于电感 L 的作用 波形会出现负的部分 0 60 d u 若电感 L 足够大 中正负面积将基本相等 平均值近 0 90 d u d u 似为零 这表明 带阻感负载时 三相桥式全控整流电路角移相 范围为 三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载 0 90 供电 当时 波形连续 由于电感 L 的作用 使得负载电流波形变 60 d U 得平直 当电感足够大时 负载电流的波形可以近似为一条水平线 由波形可 见 在晶闸管导通段 波形由负载电流波形决定 和波形不同 1 VT 1 VT d I d U 当时 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同 电阻负载时波形不会 60 出现负的部分 而阻感负载时 由于电感 L 的作用 波形会出现负的部分 d U 如图 2时所示 若电感 L 足够大 中正负面积基本相等 平均值 90 d U d U 近似为零 这表明带阻感负载时 三相桥式全控整流电路的角移相范围为 90 图图 1 主电路原理图主电路原理图 2 2 对对触触发发脉脉冲冲的的要要求求 按按VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6的的顺顺序序 相相位位依依次次差差6 60 0东 东 共共阴阴极极组组VT1 VT3 VT5的的脉脉冲冲依依次次差差1 12 20 0东 东 共共阳阳极极组组VT4 VT6 VT2也也依依次次差差1 12 20 0东 东 同同一一相相的的上上下下两两个个桥桥臂臂 即即VT1与与VT4 VT3与与VT6 VT5 与与VT2 脉脉冲冲相相差差1 18 80 0东 东 三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路的的特特点点 1 1 2 2管管同同时时通通形形成成供供电电回回路路 其其中中共共阴阴极极组组 和和共共阳阳极极组组各各1 1 且且不不能能为为同同1 1相相器器件件 三相桥式全控整流电路 u d1 u d2 30 ia Ot Ot Ot Ot u d u ab u ac u a u b u c t 1 u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u VT 1 三相桥式全控整流电路 60 ud1 ud2 ud uacuac uab uabuacubcubaucaucbuabuac ua ubuc Ot t1 Ot Ot uVT 1 三相桥式全控整流电路 东 东 60 ab ac bc ba ca cb ab uT ud T VT1 VT3 VT5 ud id R VT4 VT6 VT2 a c b 为为计计算算方方便便 以以uab 的的零零点点为为坐坐标标原原点点 东 东 0东 处为 东 东 3 s i n32 3 1 3 2 3 2 td tUUd 输输出出直直流流电电压压的的平平均均值值Ud s i n 3 1 6 2L td tUUd 2 定定量量分分析析 当当 东 东 60 c o s1 3 5 c o s2 3 4 LUU22 当当 60 东 东 120 3 c o s 11 3 5 LU2 3 c o s 12 3 4 2U 输输出出电电流流平平均均值值 I Id c o s2 3 4 R U Id 2 当当 东 东 60 当当 60 东 东 120 3 c o s 12 3 4 R U Id 2 T VT1 VT3 VT5 ud id R L VT4 VT6 VT2 a b c d2 d1 3 2 3 电感性负载 波波形形分分析析设设电电感感很很大大 可可保保证证电电流流连连续续 导导通通角角 东 东 120 ud1 u2 ud2 u2L ud id t O t O t O t O ua 0 ubuc t1 uabuacubcubaucaucbuabuac iVT 1 ud1 30 ud2 ud uabuacubcubaucaucbuabuac t O tO tO t O id ia t1 uaubuc 90 ud1 ud2 uacubcubaucaucbuabuacuab ud uac uab uac t O tO tO ubucua t1 uVT 1 a 60东 东时时 a 0东 a 30东 ud波波形形连连续续 工工作作情情况况与与带带电电阻阻负负载载时时十十分分相相似似 各各晶晶闸闸管管的的通通断断情情况况 输输出出整整流流电电压压u ud d波波形形 晶晶闸闸管管承承受受的的电电压压波波形形 2 阻阻感感负负载载时时的的工工作作情情况况 主主要要 包包括括 a 60东 东时时 a 90东 阻阻感感负负载载时时的的工工作作情情况况与与电电阻阻负负载载时时不不同同 电电阻阻负负载载时时 ud波波形形不不会会出出现现负负的的部部分分 阻阻感感负负载载时时 ud波波形形会会出出现现负负的的部部分分 带带阻阻感感负负载载时时 三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路的的a角角移移相相范范围围为为90东 区区别别在在于于 得得到到的的负负载载电电流流id波波形形不不同同 当当电电感感足足够够大大的的时时候候 id的的波波形形可可近近似似为为一一条条水水平平线线 为为计计算算方方便便 以以uuv 的的零零点点为为坐坐标标原原点点 东 东 0东 处处为为 东 东 3 sin32 3 1 3 2 3 2 td tUUd 输输出出直直流流电电压压的的平平均均值值Ud 定定量量分分析析 cos1 35 cos2 34 LUU22 输输出出电电流流平平均均值值 I Id cos2 34 R U Id 2 晶晶闸闸管管电电流流平平均均值值 I IdT及及有有效效值值 I IT dddTIII0 333 3 1 ddTIII0 577 3 1 变变压压器器二二次次侧侧电电流流有有效效值值 I I2 dd2III0 816 3 2 晶晶闸闸管管电电压压 22UU2 456 3 2 1 tdIId2 2 ud1 30 ud2 ud uabuacubcubaucaucbuabuac t O t O t O tO id ia t1 uaubuc 对对于于接接反反电电动动势势负负载载时时 在在电电感感足足够够大大使使负负 载载电电流流连连续续的的情情况况下下 电电路路工工作作情情况况与与电电感感性性负负 载载相相似似 电电路路中中各各处处电电压压与与电电流流的的波波形形均均相相同同 仅仅在在计计算算Id进进不不同同 R I EUd d ud id tO tO iciaibiciaId uaubuc 考考虑虑变变压压器器漏漏感感时时的的三三相相半半波波 可可控控整整流流电电路路及及波波形形 换换相相过过程程分分析析 a b 两两相相电电流流换换相相时时 在在换换 相相重重叠叠角角时时段段 VT1 VT2 均均导导通通 相相当当于于两两相相 短短路路 两两相相间间电电位位差差为为 ub ua 它它在在两两相相漏漏 抗抗的的回回路路中中产产生生一一环环流流 ik 见见图图 3 3 1 12 2 因因两两相相 都都有有电电感感 LB 所所以以 ik 是是逐逐渐渐增增加加的的 a 相相 电电流流 ia I Id ik b 相相电电流流 ib ik 当当 ib ik 增增长长到到I Id 时时 ia 下下降降到到零零 晶晶闸闸管管V VT T1 1关关 断断 完完成成换换相相过过程程 换换相相期期间间电电压压平平衡衡方方程程式式 如如下下 由由上上式式可可见见 换换相相期期间间 输输出出整整流流电电压压是是换换相相 的的两两相相相相电电压压的的平平均均值值 2 3 变压器漏抗对整流电路的影响 2d d d d bak Bb k Bad uu t i Lu t i Luu t i Luu d d 2 ab k B 定定量量分分析析 换换相相压压降降和和整整流流平平均均电电压压 其其中中称称为为变变压压器器漏漏抗抗 可可用用下下边边公公式式计计算算 BBLX 换换相相电电压压降降计计算算一一般般式式 m m为为周周期期内内换换相相次次数数 d B dI X U 2 m dB 0 B 6 5 6 5 B 6 5 6 5 Bbb 6 5 6 5 dbd 2 3 d 2 3 d d d 2 3 d d d 2 3 d 3 2 1 IXiL t t i L t t i Luu tuuU I d k k k ud id tO tO iciaibiciaId uaubuc 换换相相重重叠叠角角的的计计算算 将将纵纵坐坐标标取取在在自自然然换换相相点点出出处处 3 c o s 2 tUuu2 3 c o s 2 tUuv2 tUuuuv s i n 3 s i n222 d t d i Luu k Buv2 代入 tU d t d i L k B s i n 3 s i n2222 s i n 3 s i n 2 tt d L U d i B k 2 微分 在在整整个个换换相相期期间间积积分分 s i n 3 s i n 2 0 tt d L U d i B I k d 2 c o s c o s 3 s i n2 B d X U I 2 ud uu id iwiviuiw 东 东t Id uvuuuwuv 东 东t iu 东 东 c o s c o s 3 s i n2 B d X U I 2 3 s i n2 c o s c o s 2U IXdB 2 dB 6 2 c o s c o s U IX 2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态 三三相相桥桥式式电电路路工工作作于于有有源源逆逆变变状状态态 不不同同逆逆变变角角时时的的 输输出出电电压压波波形形及及晶晶闸闸管管两两端端电电压压波波形形如如图图2 2 4 46 6所所示示 图2 46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubc uaubucuaubucuaubucuaubu2 ud t O tO 4 3 6 4 3 6 t1 t3 t2 从上述图中可以得到如下结论 3 相全控桥的直流输出电源 U 1 35UCOSa 1 35X380XCOSa 下列表格是根据工艺推算出的 COSa 角度 直流输出 电压 100 伏 特 150 伏特 200 伏特 300 伏特 400 伏特 COSa0 1950 2920 400 5850 779 加热时间5 分钟 10 分钟5 分钟10 分钟20 分钟 平均功率因数 0 5505 结论 采用并联型电流逆变型中频电源在熔炼时的平均效 率是 0 5505 三三 节能分析 节能分析 假设通过技术改造功率因素可以提高到 0 95 以上 公司目 前有 70 台中频真空感应熔炼炉 每台炉子的加热功率是 70 千瓦 加热时间 50 分钟 每台加热 12 小时 每月工作 21 天 每年 12 个月计算 那么节能分析如下 A 炉子数量 B 加热功率 C 每炉加热时间 D 每天工炉数 E 每月工作天数 F 每年工作月数 P 有功功率 S 视在功率 Q 无功功率 无论负载为无论负载为无论负载为无论负载为 Y Y Y 或或或或 联接 每相有功功率都应为联接 每相有功功率都应为联接 每相有功功率都应为联接 每相有功功率都应为 P P Pp p p U U Up p p I I I p p p coscoscos p p p ll IIUU 3 1 pp 对称负载对称负载 联接时 联接时 PPPP cos3cos3 llI UIUP 同理同理 pppp sin3 sin3 llI UIUQ ll IIUU pp 3 1 对称负载对称负载Y联接时 联接时 当负载对称时 当负载对称时 P 3Up Ipcos p LLPP 22 3 3 IUIUQPS 所以所以 不补偿前 P AxBxCxD 70 x50 60X12x70 49000 千瓦 视在功率 S P COSa 49000 5505 89009 99 无功功率 Q SxSINa 89009 99X0 8348 74309 80 当功率因素提高到 0 95 时 视在功率 S P COSa 49000 0 95 51578 95 无功功率 Q SxSINa X 51578 95X0 312 16105 52 节约电费 89009 99 51578 95X22X12X0 7 6917256 192 元 四 中频感应中频熔炼炉的节能改造四 中频感应中频熔炼炉的节能改造 目前适用于中频感应中频熔炼炉的熔炼电源必须满足目前适用于中频感应中频熔炼炉的熔炼电源必须满足 低电压大电流的要求 因为真空炉特殊的环境会产生辉光低电压大电流的要求 因为真空炉特殊的环境会产生辉光 放点 所以目前国内外一般设计中频熔炼电源的电压不会放点 所以目前国内外一般设计中频熔炼电源的电压不会 高于高于 500 伏特 针对熔炼铜铬合金的熔炼要求 我们借鉴伏特 针对熔炼铜铬合金的熔炼要求 我们借鉴 以前的经验 再保证电磁搅拌力的前提下 对电源的要求以前的经验 再保证电磁搅拌力的前提下 对电源的要求 如下 如下 1 输入电压输入电压 380 伏特伏特 2 输出电压输出电压 400 伏特伏特 3 输出频率输出频率 1500 赫兹赫兹 4 输出功率输出功率 100KVA 5 电源的功率因素不低于电源的功率因素不低于 0 9 6 功率连续可调功率连续可调 7 具有快速检测短路的保护能力及开路保护的能力 具有快速检测短路的保护能力及开路保护的能力 分析上述要求我们发现如果要实现上述要求 那么我们不分析上述要求我们发现如果要实现上述要求 那么我们不 能再采用三相可控硅全控桥来改变直流输出电压的方式 能再采用三相可控硅全控桥来改变直流输出电压的方式 逆变电路也不能采用并联电流型逆变器 为了满足电路的逆变电路也不能采用并联电流型逆变器 为了满足电路的 要求 那么直流电源必须要保证功率因素不低于要求 那么直流电源必须要保证功率因素不低于 0 95 分 分 析发现采用由析发现采用由 6 只二极管组成的三相整流桥的组成的交流只二极管组成的三相整流桥的组成的交流 变直流电路 电源转换效率理论上讲不低于变直流电路 电源转换效率理论上讲不低于 0 99 逆变电 逆变电 路输出低电压 大电流 那么采用串联电压型逆变器正好路输出低电压 大电流 那么采用串联电压型逆变器正好 满足线路的要求 由于逆变电路中感应线圈和补偿电容组满足线路的要求 由于逆变电路中感应线圈和补偿电容组 成串联谐振电路 那么这个成串联谐振电路 那么这个 L R C 电路就符合串联谐振电电路就符合串联谐振电 路的特点 这就是路的特点 这就是 1 通过中频变压器及感应器的中频电流成份中不含有直流通过中频变压器及感应器的中频电流成份中不含有直流 成份 因为电容有隔直流的作用 这样可以有效的防治成份 因为电容有隔直流的作用 这样可以有效的防治 直流电流流过中频变压器及感应器导致的磁饱和现象 直流电流流过中频变压器及感应器导致的磁饱和现象 2 L R C 串联谐振电路的阻抗最低 谐振电流最大 串联谐振电路的阻抗最低 谐振电流最大 3 L R C 串联谐振电路的电压与电流的矢量夹角最小 而串联谐振电路的电压与电流的矢量夹角最小 而 且可以做到固定不变 这样电路的功率因数比较高 很且可以做到固定不变 这样电路的功率因数比较高 很 容易做到容易做到 0 95 以上 而且可以实现恒功率输入 以上 而且可以实现恒功率输入 4 L R C 串联谐振电路容易采用串联谐振电路容易采用 IGBT 控制 这样控制电控制 这样控制电 路的特性就由开放控制变为闭环控制 路的特性就由开放控制变为闭环控制 IGBT 在整个逆在整个逆 变过程中始终受到控制信号的控制 过流保护的速度更变过程中始终受到控制信号的控制 过流保护的速度更 快 电路的可靠性可以明显提高 快 电路的可靠性可以明显提高 综上所述 一种全新的熔炼电源就产生了 它就是综上所述 一种全新的熔炼电源就产生了 它就是 IGBT 串联电压谐振型中频电源 这种电源应用于生产最明显的串联电压谐振型中频电源 这种电源应用于生产最明显的 优点是优点是 1 省电 电源的功率因数不会低于省电 电源的功率因数不会低于 0 93 效率会提高 效率会提高 30 2 可靠 故障率低可靠 故障率低 3 谐波小于可控硅电源谐波小于可控硅电源 4 噪音小 成本低 由于采用噪音小 成本低 由于采用 IGBT 等元器件 那么等元器件 那么 电路的电抗器 启动电感 中频变压器 磁环扼流电路的电抗器 启动电感 中频变压器 磁环扼流 圈等可以减小或者不要 总的制造成本不会高于可圈等可以减小或者不要 总的制造成本不会高于可 控硅电源 由于有时很多这里就不一一列举了控硅电源 由于有时很多这里就不一一列举了 串联电压谐振型中频电源的主电路图串联电压谐振型中频电源的主电路图 EASTONE东 东 东 东 电路结构及工作原理简介电路结构及工作原理简介 中频电源由控制电路 主电路 保护及取样电路组成 控制电路包括 给定电路 PI 调节电路 PWM PFM 电路 功率放大驱动电路 通过对前臂和后臂 IGBT 的导通相位角及频率 的控制实现对输出功率的无级调节 主电路包括 配电空气开关 熔断器 整流桥 IGBT 逆变桥 高效中频变压器 高效中频补偿电容 散热器及冷却系统组成 从 工频电网输入交流电经整流 LC 滤波得到平滑直流电 送入 IGBT 逆变器 逆变为所须中频交流电 经中频隔离变压器 中频补偿电 容后送入感应圈进行加热 逆变器的输出频率和导通宽度由主控板 进行控制 主控板的驱动脉冲由驱动板进行隔离和放大后作为 IGBT 的控制信号 保护及取样电路包括 IGBT 吸收电路 温度继电器 中频电 压 中频电流 直流电压及直流电流取样 在设备过流 过压 过 热等情况下均能切断输出 以保护设备本体及负载 功能与应用 中频电源采用控制前臂和后臂 IGBT 的导通相位角及频率来实 现对输出功率的无级调节 输出功率的调节范围大 一般为额定功 率的 5 100 具有软启动 限压及过压 过流 过热 感应圈 开路 短路保护等功能 软启动 设备刚送电时 输出能在一定的时间内 约 1 2s 不 产生突变性输出 以解决设备的送电过渡过程出现电流冲击 限压 当负载比较小时 Q 值较高 比如空炉时 会在感应 圈两端产生一个比较高的电压 可能会产生真空打火现象 限压环 的作用是设置正常工作时中频输出电压的上限 如 300V 左右 过压 当设备出现故障时 感应圈两端电压高于设定保护值时 如 350V 时 设备截止输出 并有指示 过流 当流过 IGBT 的电流峰值高于设定保护值时 设备截止 输出 并有指示 过热 当设备由于冷却系统或环境温度等原因引起设备本体温 度过高时 设备截止输出 并有指示 1 41 4 基本原理框图基本原理框图 改造费用分析 改造费用分析 采用这种新型电路预计 每台需要投入改造费用采用这种新型电路预计 每台需要投入改造费用 6 万元 万元 那么那么 70 台设备需要投入台设备需要投入 420 元改造资金 前面我们已元改造资金 前面我们已 经分析了改造后每年可以节约电费经分析了改造后每年可以节约电费 6917256 192 元 元 8 个月就可以收回成本个月就可以收回成本 五 配电室的无功补偿柜的改造五 配电室的无功补偿柜的改造 在低压侧实施无功补偿是一般企业的通用做法 这种集在低压侧实施无功补偿是一般企业的通用做法 这种集 中补偿是经典做法 可是很多企业出现很多问题 例如中补偿是经典做法 可是很多企业出现很多问题 例如 调整电费很高 零线上电压很高 变压器温度高 配电调整电费很高 零