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        直流調(diào)速裝置的諧波危害及抑制

        2015-10-21 16:40:47李振
        基層建設(shè) 2015年36期
        關(guān)鍵詞:抑制諧波

        李振

        杭州安全玻璃有限公司 310000

        摘要:介紹了大功率直流調(diào)速裝置諧波產(chǎn)生的原因及其危害,探討綜合治理抑制諧波污染的方法。

        關(guān)鍵詞:直流調(diào)速裝置;諧波;抑制

        直流電機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。直流電機(jī)具有:(1)優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便,調(diào)速范圍寬廣。(2)過(guò)載能力大,能承受頻繁的沖擊負(fù)載。(3)要實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。(4)能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求等特點(diǎn)。因此直流電機(jī)在需要寬廣調(diào)速的場(chǎng)合和要求有特殊運(yùn)行性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)中,一直占有突出的地位。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善,直流調(diào)速裝置也越來(lái)越多地應(yīng)用于冶金、化工、煤炭和運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域,成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)設(shè)備。然而,大功率直流調(diào)速裝置將大量的諧波和無(wú)功率注入電網(wǎng),使電網(wǎng)的電能質(zhì)量下降,引起“電網(wǎng)污染”問(wèn)題。因此,認(rèn)識(shí)和分析大功率直流調(diào)速裝置諧波產(chǎn)生的原因及其危害,探討綜合治理的方法,抑制諧波污染,提高電網(wǎng)功率因數(shù)具有重要意義。

        一、玻璃鋼化設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)述

        普通玻璃的鋼化一般分為物理鋼化和化學(xué)鋼化兩類(lèi)。將普通玻璃加熱至700℃左右,迅速冷卻成型后的玻璃稱(chēng)(物理)鋼化玻璃,其表面呈壓應(yīng)力而內(nèi)部呈張應(yīng)力,其強(qiáng)度是普通玻璃的4倍,抗沖擊性是普通玻璃的3倍,可經(jīng)受300℃的溫差變化而不破裂。鋼化玻璃破碎后,變成邊部呈鈍角的細(xì)小顆粒,可減輕對(duì)人或物的傷害程度。

        我公司F45U鋼化爐的玻璃鋼化風(fēng)機(jī)由4臺(tái)300HP直流電機(jī)(1#-4#)帶動(dòng)的風(fēng)機(jī)構(gòu)成,上下兩個(gè)風(fēng)道,分別從玻璃的上部和下部?jī)蓚€(gè)方向?qū)ΣAнM(jìn)行鋼化,每個(gè)風(fēng)道由2臺(tái)串聯(lián)風(fēng)機(jī)組成,以提供足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓;每個(gè)風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口均設(shè)有風(fēng)門(mén)擋板;當(dāng)玻璃鋼化時(shí),上下風(fēng)道的出風(fēng)口擋板完全打開(kāi),而進(jìn)風(fēng)口擋風(fēng)板打開(kāi)至PLC設(shè)定的開(kāi)度,8S后,上風(fēng)道進(jìn)、出風(fēng)口的擋板均完全關(guān)閉,下風(fēng)道出風(fēng)口通過(guò)出風(fēng)口擋板切換至另一個(gè)出風(fēng)口把鋼化玻璃吹起,通過(guò)傳送帶輸送到冷卻段。鋼化玻璃在冷卻段由兩臺(tái)75HP的三相交流異步電動(dòng)機(jī)(5#、6#)帶動(dòng)的風(fēng)機(jī)冷卻,直至下一個(gè)工作周期。鋼化風(fēng)壓和風(fēng)量通過(guò)直流調(diào)速裝置調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。4臺(tái)300HP直流電機(jī)接于380V低壓母線(xiàn),通過(guò)1600KVA配電變與10KV電網(wǎng)相連,該電機(jī)采用六脈動(dòng)三相橋式可控硅整流調(diào)速。75HP的三相交流異步電動(dòng)機(jī)與380V低壓母線(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行,配電房主接線(xiàn)如附圖1。

        附圖1 配電房主接線(xiàn)及諧波測(cè)點(diǎn)

        我公司在起動(dòng)調(diào)試階段發(fā)生了5#風(fēng)機(jī)使用不久燒毀,6#風(fēng)機(jī)空載電流很大(145A)的事故。為查明問(wèn)題的原因,我公司委托浙江省電力試驗(yàn)研究所對(duì)現(xiàn)場(chǎng)低壓母線(xiàn)的高次諧波分量進(jìn)行實(shí)測(cè)。測(cè)量結(jié)果顯示4臺(tái)直流電機(jī)在1200RPM和風(fēng)門(mén)全開(kāi)情況下,現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)二條母線(xiàn)和變電所二段母線(xiàn)上,電壓總畸變系數(shù)最大為15.83%和6.18%,是《電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-1993)國(guó)家規(guī)定允許值5%的3.17倍和1.24倍。當(dāng)4臺(tái)直流電機(jī)停運(yùn)時(shí),原交流系統(tǒng)的背景諧波總畸變?yōu)?.31%,最大奇次1.11%,最大偶次為0.09%,遠(yuǎn)小于國(guó)家規(guī)定允許值。由此看出,諧波源來(lái)自4臺(tái)直流調(diào)速裝置。

        二、直流調(diào)速裝置諧波的產(chǎn)生

        我公司4用臺(tái)直流電機(jī)采用速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(附圖2),該系統(tǒng)有兩個(gè)反饋回路,構(gòu)成雙閉環(huán)。其中一個(gè)是由電流調(diào)節(jié)器ACR和電流檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的電流環(huán),另一個(gè)是由速度調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成的速度環(huán)。在電路中,ASR和ACR實(shí)行串級(jí)連接,即以ASR的輸出作為ACR的輸入,實(shí)現(xiàn)兩種作用的配合控制。速度調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均為比例積分調(diào)節(jié)器,其輸入和輸出均設(shè)有限幅電路(圖中未畫(huà)出)。ASR的限幅值為Usim,它主要限制最大電流Idm,ACR的輸出限幅值為Ukm,它主要限制晶閘管整流裝置的最大輸出電壓Udom。

        附圖2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖

        晶閘管整流裝置采用六脈動(dòng)三相橋式可控硅整流(附圖3),

        附圖3 六脈動(dòng)整流器電路圖

        對(duì)附圖3而言,交流電流波形可分解為一系列諧波電流分量:

        諧波電流值大約為

        其中:In-n次諧波電流幅值;I1-基波電流幅值;N-諧波次數(shù)

        由上式可見(jiàn),注入系統(tǒng)的諧波是6N±1次(N為正整數(shù)),即5次、7次、11次、13次、…等等,實(shí)測(cè)結(jié)果也是這些特征諧波含量最大,和我公司情況相符。

        三、諧波的危害

        電網(wǎng)中的諧波污染常常對(duì)設(shè)備的工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,其危害一般表現(xiàn)為:

        1)諧波電流使輸電電纜損耗增大,輸電能電降低,絕緣加速老化,泄漏電流增大,嚴(yán)重的甚至引起放電擊穿。

        2)使電動(dòng)機(jī)損耗增大,發(fā)熱增加,過(guò)載能力、壽命和效率降低,甚至造成設(shè)備損壞。

        3)容易使電網(wǎng)與用作補(bǔ)償無(wú)功功率的并聯(lián)電容器發(fā)生諧振,造成過(guò)電壓或過(guò)電流,使電容器組絕緣老化甚至燒壞。

        4)諧波電流流過(guò)變壓器繞組,增大附加損耗,使繞組發(fā)熱,加速絕緣老化,并發(fā)出噪聲。

        5)使大功率電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)受到干擾而影響正常工作。

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