整流变压器中频变频器的选择谐波对电网的影响与抑制措施.doc

整流变压器、中频变频器的选择、谐波对电网的影响及抑制措施 一、变频器的选择 1．中频变频器 国内锻压工厂当前使用的感应加热设备中的电源装置，绝大多数是以晶闸管为主要元件的静止式变频器，由于它工作在中频频段，故称晶闸管中频变频器。 图1 中频变频器主电路原理图 这种中频变频器的主电路主要由四部分组成： ①三相全控桥式整流电路 它将正弦的工频交流电压U整流成脉动的直流电压Ud。调节直流电压Ud就可调节负载电流。 ②滤波电抗器 作为储能电感，它把工频网络和中频网络隔开；对直流电流Id滤波；当中频网络发生短路时，配合装置的过电流保护系统来限制短路电流的上升速率及峰值。 ③逆变器 由四只晶闸管组成的单相桥式逆变电路将直流电流Id逆变为中频电流Ia，并将它送入负载电路。 ④负载电路 由感应器和电热电容器组成并联谐振电路，对坯料进行感应加热。由基波和谐波组成的方波中频电流Ia进入并联谐振电路时，该谐振电路对基波电流呈现大的阻抗，对谐振电流呈现小的阻抗，因此，方波中频电流在感应器负载的电压接近正弦波形。 我国机械行业标准JB/T 8669-1997《中频感应加热用半导体变频装置》规定了中频变频器的功率系列型谱（kW）：25、50、100、160、250、500、750、1000、1500、2000、2500、3000、4000、5000。我们确定中频变频器的额定功率值可依照这个型谱选择。 中频变频器的交流进线电压，也就是整流变压器阀侧线电压值可按国家标准GB156-2003《标准电压》：三相四线或三相三线系统的标准电压220/380V；380/660V；1000V来选择。 2．中频变频器主电路参数的计算 以整流变压器阀侧线电压660V、12脉波、双整流器、额定功率2000kW、标称频率200Hz、并联谐振的变频器为例介绍主电路参数计算。 ①忽略逆变换相重叠角的变频器输出电压（中频电压）Ua Ua=πUd/(2cosφ)=π×810/(2cos30°) =1039V 其中：Ud——直流电压。 φ——晶闸管逆变触发超前角。 表1 整流变压器阀侧线电压与变频器直流电压关系表* 整流变压器阀侧线电压U（V） 变频器直流电压Ud（V）  * 本表中直流电压Ud非计算结果,而是在变频器输出额定功率条件下整流变压器阻抗压降为6.5%时仿真所得。 表2 国产晶闸管逆变触发超前角参考值 频率（Hz） 200 400 1000 2000 4000 10000 φ 30° 32° 36° 38° 42° 46° ②直流电流Id和Idq Id=Pa / Ud = 2000×103/810=2469A Pa ——变频器额定功率 如果是整流变压器为12脉波输出，每组整流桥的输出直流电流Idq： Idq = Id ×0.6=2469 ×0.6 =1481 A 直流电流Id乘以0.6是考虑两个整流桥有60%和40%的不均衡。 ③整流晶闸管（KP）电流半波平均值IthIth=1481/×2/π=544 A ④整流晶闸管（KP）的选择[注1] 选取KP-1000A/2.5kV，则：IthI=1000A 电流裕度系数KI=IthI/Ith=1000/544=1.84 电压裕度系数KU= 2500/(600××1.1)=2.68 整流晶闸管实际承受的电压峰值的1.1倍（因整流变压器阀侧电压可能有±10%的波动）。 ⑤逆变晶闸管（KK）电流半波平均值Ith Ith=×=2469×2/(π)=1111A ⑥逆变晶闸管的选择[注2] 选取KK-2000A/2800V 电流裕度系数KI= 2000/1111=1.80 电压裕度系数KU= 2800/(×1039)=1.91 ⑦每一组整流桥的直流滤波电感值Ld [注1] 电流裕度系数KI、电压裕度系数KU按经验值一般在1.5～2.0之间选取。 [注2] 目前国产快速晶闸管2800V耐压条件下，电流可达3500A，如要求更高耐压的情况下，可将两只KK管串联连接。串联晶闸管应由晶闸管生产厂按均压要求选配，并在工厂组装为一体。 Ld=3U/[ 4 π f（IM-1.1Idq）] =3×660/[4π×50（1000π-1.1×1481）] ≈2.95mH≈3mH IM=IthI×π=1000×π=3141.6A 式中设过流保护动作时，限制直流电流峰值IM=3141.6A，按上述选择1000A整流晶闸管和2000A逆变晶闸管的过电流能力计算，则直流电流峰值应达到： 1000π×2=6283A 2000π=6283A 因此，按IM=3141.6A计算确定Id=3mH对整流和逆变晶闸管都是安全的。 ⑧整流变压器漏感 整流变压器阀侧每相容量2500/6=416.7kVA 整流变压器阀侧相电压660V/=381 V 整流变压器阀侧额定相电流