《无功补偿改造技术方案(共39页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无功补偿改造技术方案(共39页).doc（39页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上 B 类项目编号：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编 写：王海龙会 审：审 定：批 准：2013年01月20日 目 录1无功补偿的经济意义2.公司中频炉的电路分析3.效益分析4.中频熔炼电源的改进方案5.配电室的无功补偿配套方案6.联系电话 一、 无功补偿的原理及经济意义 1.无功补偿的原理功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;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够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期
2、性转换,这部分功率称为无功功率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.电流在纯感元件中作功时,电流超前于电压 90度电流通过元件中作功时,电流滞后电压 90度同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差 180.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,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角接近0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具体分析如下：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
3、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；b)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；d)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： (1)式中：为定子相绕组电压(V)；为定子相绕组电流(A)；为定子相绕组电动势(V)；L为每相绕组的自感(H)；M为每相绕组间的互感(H)；p为微分算子p=d/dt。三相绕组为星形连接，且没有中线，则有 (2) (3)得到最终电压方程： (4)图.电机的等效电路从图中可以明显看出这是一种3相平衡的L-R串联谐振电路，电路的特性分析如下： .无功补偿的意义 (1)补偿无
4、功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数 (2)减少发,供电设备的设计容量 ,减少投资 ,例如当功率因数 cos=0.8增加到 cos4=0.95时,装 1Kvar电容器可节省设备容量 0.52KW;反之,增加 0.52KW.对原有设备而言,相当于增大了发,供电设备容量.因此,对新建,改建工程.应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资. (3)降低线损,由公式P%=(1-cos/cos)X100%得出其中 cos为补偿后的功率因数,cos为补偿前的功率因数则 coscos,所以提高功率因数后,线损率也下降了.减少设计容量,减少投资,增加电网中有功功率的输送比例 ,以及降低线损都直接
5、决定和影响着供电企业的经济效益.所以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行. .无功补偿的原则提高用电单位的自然功率因数,无功补偿分为集中补偿,分散补偿和随机随器补偿,应该遵循：全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合 以分散补偿主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主；调压与降损相结合，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400V曹里村 110KVQQQWH关口VarHQQ-Q-Q-Q140m 电缆-Q 12
6、50BIANYQ 电缆母线 公司配电室10KV约3千米VarHWH公司目前使用的真空感应炉的电路图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
7、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个晶闸管称为共阴极组，阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。此外，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
8、。1）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
9、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，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。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两相工作，再经过后，进入第3段时期。此
10、时b相电位最高，共阴极组经过自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
11、迟，平均值降低。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，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，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相经流出，经过负载，经过流入a
12、相，这时变压器b,a两相工作。在第4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，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。，若电感L足够大，中正负面积将基本相等，平均值近似为零。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得平直，
13、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。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。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。 图(1) 主电路原理图 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COS
14、a0.1950.2920.400.5850.779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|、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 Y 或联接，每相有功功率都应为 Pp= Up Ip cosjp对称
15、负载D 联接时： 同理对称负载Y联接时：当负载对称时：P = 3Up Ipcosjp所以不补偿前：P=AxBxCxD=70x50/60X12x70=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=.192(元)四、中频感应中频熔炼炉的节能改造目前适用于中频感应
16、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500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，对电源的要求如下：1. 输入电压380伏特2. 输出电压400伏特3. 输出频率1500赫兹4. 输出功率100KVA5. 电源的功率因素不低于0.96. 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。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、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
17、电源必须要保证功率因素不低于0.95，分析发现采用由6只二极管组成的三相整流桥的组成的交流变直流电路，电源转换效率理论上讲不低于0.99。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L-R-C电路就符合串联谐振电路的特点，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。2. L-R-C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，而且可以做到固定不变，
18、这样电路的功率因数比较高，很容易做到0.95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IGBT控制，这样控制电路的特性就由开放控制变为闭环控制，IGBT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优点是1. 省电，电源的功率因数不会低于0.93，效率会提高30%2. 可靠，故障率低3. 谐波小于可控硅电源4. 噪音小、成本低，由于采用IGBT等元器件，那么电路的电抗器、启动电感、中频变压器、磁环扼流圈等可以减小或者不要，总的制造
19、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串联电压谐振型中频电源的主电路图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
20、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
21、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。1.4 基本原理框图改造费用分析：采用这种新型电路预计，每台需要投入改造费用6万元，那么70台设备需要投入420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.192元，8个月就可以收回成本五、配电室的无功补偿柜的改造
22、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、例如调整电费很高、零线上电压很高、变压器温度高、配电室噪音很大。，这是为什么呢？斯瑞的配电室也是这样吗？主要原因是这样的1. 很多企业的设备启动冲击较大、启动频次太高，无功补偿柜刚检测到信号，延时时间还未到，设备就处于空载或停止状态，电容器组就根本没有投入。2. 很多企业的设备3相分布不平衡，很多企业流过变压器的3相电流不平衡，实际是负荷分配不平衡或者有大功率单相用电设备等造成的，由于流过变压器的3相电流不平衡，所以变压器的磁场分布就不平衡了，流过变压器的磁通会迅速增大，导致变压器发出很大的响声。由于3
23、相电流不平衡，那么导致变压器副边的输出电压不平衡，从而导致电压三角形的重心不在等边三角形的中心，这必然导致零线上带电。3. 无功补偿装置由于采用的是3相共补，所以会导致其中一项过补偿或欠补偿。过补偿会导致电网电压升高、零线带电、欠补偿会罚款。4. 电容器合闸冲击很大、动作频繁导致配电室短路故障，很多无功补偿柜早早的就失效了，无法正常投运。综上所述，那么比较好用的无功补偿柜应该是如下要求1. 测量每相的无功功率，然后分相补偿、电容器要采用大小搭配的方式，控制器要根据无功的大小选取合适的电容器投入运行2. 检测交流电的过零点，然后选项补偿，这样可以抑制合闸冲击。3. 采用斯瑞生产的正空永磁接触器控制主回路，这样可以实现频繁投切、不粘连。4. 控制仪采用双CPU冗余控制，分功能协作，采用梯度算法、对电压、电流信号进行傅里叶级数分解，实现抗干扰及最佳、最快响应。根据上述要求，斯瑞公司联合西安高压电器研究所、宝鸡同步电器公司，结合公司生产的实际情况研制了100KVA、240KVA两种补偿器，先后投入研发资金50多万元，采取配电室集中补偿加大功率设备就近补偿的原则，解决了原来配电室无功补偿柜老短路放炮，不能正常工作的问题，电费也由原来每度1元降到现在每度0.7元，我们希望通过继续提高科研投入、用电时错峰填谷，降低企业运营成本。专心-专注-专业