軋機(jī)主機(jī)抗諧波無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案和特點(diǎn) - 圖文-

1、第39卷 第4期有色金屬加工Vo l 139 No 142010年8月NO NFERRO US META LS PROCESS ING A ug us t 2010軋機(jī)主機(jī)抗諧波無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案和特點(diǎn)李濟(jì)明,余 勇(洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院河南洛陽(yáng),471039摘 要:通過(guò)對(duì)軋機(jī)主機(jī)電機(jī)的生產(chǎn)情況分析,設(shè)計(jì)出針對(duì)主電機(jī)進(jìn)行抗諧波無(wú)功補(bǔ)償裝置的方案,闡明方案中的具體特點(diǎn)及需注意的事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:功率因數(shù);諧波;整流器;阻抗;晶閘管;觸發(fā)模塊中圖分類號(hào):TM 921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-6795(201004-0054-04 收稿日期:2009-03-18作者簡(jiǎn)介:李濟(jì)明,男

2、,工程師補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償對(duì)象是有色金屬軋機(jī),主要是軋機(jī)的主傳動(dòng)(既軋輥傳動(dòng)系統(tǒng)。因此,就必須了解軋機(jī)主傳動(dòng)的工作特性。有色軋機(jī)大量的是鋁軋機(jī)和銅軋機(jī),軋機(jī)又分為冷軋和熱軋,其工作特性也有差別。目前,國(guó)內(nèi)的軋機(jī)主傳動(dòng)有直流傳動(dòng)和交流變頻傳動(dòng)兩種方式。現(xiàn)有的補(bǔ)償裝置是為直流傳動(dòng)配套的。因此,本文僅討論軋機(jī)直流傳動(dòng)的某些特性,從軋機(jī)運(yùn)行時(shí)的自然功率因數(shù)和諧波兩方面來(lái)討論。1 功率因數(shù)軋機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)的功率一般為10002500k W 。電機(jī)由晶閘管全數(shù)字整流器供電。整流系統(tǒng)主回路為三相全控橋,由專用整流變壓器供電。每臺(tái)電機(jī)的整流器由一個(gè)整流變的二次線圈供電。設(shè)計(jì)階段,軋機(jī)的功率因數(shù)可以由三種方法確定:一

3、為類似軋機(jī)運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)實(shí)測(cè)值,這種數(shù)據(jù)可信度高但不易得到;二為從設(shè)計(jì)手冊(cè)查得并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取,這種數(shù)據(jù)由于手冊(cè)往往過(guò)時(shí)其可信度不高;三為根據(jù)典型軋機(jī)道次表計(jì)算,這種數(shù)據(jù)比較直接,其可信度在上述一、二之間。現(xiàn)舉冷軋機(jī)為例。某廠1850mm 鋁冷軋機(jī),主傳動(dòng)電機(jī)22000k W,開卷電機(jī)750k W,卷取電機(jī)2950k W 。一個(gè)典型的軋制道次表的功率及功率因數(shù)見表1。表1 一個(gè)典型軋制道次表的功率及功率因數(shù)道次帶圈起始段帶圈中間段帶圈終了段6/1P(k W Q (kvarcos 5P (k W Q (kvarcos 5P (k W Q (kvarcos 5開卷-2659200.276-30851

4、00.52-3143000.72主機(jī)413240450.71413240450.71413240450.71卷取9067000.7991412140.699822020.41合計(jì)477356650.64473857690.63481665470.59從表1可見,主機(jī)功率因數(shù)為0171,一般設(shè)計(jì)時(shí)取01680171。2 諧波整流器為三相全控橋,對(duì)于供電給軋機(jī)電機(jī)的每個(gè)整流變次級(jí)線圈的二次側(cè)來(lái)說(shuō),都是六脈動(dòng)整流。網(wǎng)絡(luò)中所含特征諧波的次數(shù)為5、7、11,等各次。以下為實(shí)測(cè)鋁軋機(jī)運(yùn)行時(shí)的波形圖和各次諧波含量(圖1第4期有色金屬加工 從圖2可見,電流波形畸變較大,但非特征諧波(3次及偶次諧波的含量很小,

5、設(shè)計(jì)時(shí)可以只考慮5、7、11等特征諧波。3 設(shè)計(jì)方案補(bǔ)償裝置接在整流變壓器的二次側(cè),與晶閘管整流器并聯(lián),如圖3。 一般說(shuō)來(lái),單臺(tái)軋機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償裝置有接在整流變壓器一次側(cè)和二次側(cè)兩種方式。過(guò)去的補(bǔ)償裝置都是接在一次側(cè)的,一次側(cè)10kV 電網(wǎng)上往往有幾臺(tái)軋機(jī)的整流變壓器,這些軋機(jī)都有諧波注入電網(wǎng),對(duì)本軋機(jī)的補(bǔ)償裝置造成影響。要消除這些影響目前沒(méi)有很好的辦法。另外,在高壓電網(wǎng)投切電容器比較經(jīng)濟(jì)的方式是采用真空斷路器或真空接觸器,這些高壓電器都不允許頻繁操作。這樣,就不能隨著軋機(jī)的運(yùn)行來(lái)調(diào)節(jié)功率因數(shù)。而在整流變壓器二次側(cè),其他軋機(jī)諧波的影響因有變壓器的隔離作用就變得很小。同時(shí),低壓采用晶閘管投切電容器

6、可快速跟蹤負(fù)載變好調(diào)節(jié)功率因數(shù)。補(bǔ)償裝置主電路示意圖(圖4。從圖4可見,本裝置是抗諧波晶閘管無(wú)觸點(diǎn)投切(TSC 方式。主電路主要由熔斷器、開關(guān)模塊、電抗器、電容器組成。電抗器的電抗率根據(jù)抑制網(wǎng)絡(luò)的最低次諧波的原則確定。開關(guān)模塊由晶閘管和整流二極管反并聯(lián)構(gòu)成,對(duì)于電容器有預(yù)充電作用,以避免投切電容器的沖擊。每個(gè)開關(guān)模塊都配有一個(gè)觸發(fā)模塊,觸發(fā)模塊采用零電流投切技術(shù),能確保投切時(shí)對(duì)電網(wǎng)及電容器不產(chǎn)生沖擊。主回路中的電流互感器用于檢測(cè)電容器電流以保護(hù)電容器免于過(guò)載。電容器的投切控制采用無(wú)功補(bǔ)償控制器,控制器采用反饋式監(jiān)測(cè),以系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功率因數(shù)為投切物理量,在10m s 內(nèi)完成信號(hào)采集、計(jì)算及控制輸出

7、,投切開關(guān)接到投切指令后在小于10m s 內(nèi)完成零電流投入,整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于20m s 。能滿足快速跟蹤負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。一般每柜裝一臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償控制器,采用循環(huán)投切的方式,使各電容器的通電時(shí)間均等,以延長(zhǎng)其使用壽命。本裝置采用電容器等容量的配置方式,即一套裝置的各個(gè)電容主回路完全相同。這樣,根據(jù)常用的電容器事先選擇好每種電容器的主回路元件參數(shù),然后按照需要補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘窟M(jìn)行主回路的模塊化組合。4 電容器運(yùn)行參數(shù)的校核補(bǔ)償裝置內(nèi)各元件參數(shù)選定后,還要進(jìn)行校核驗(yàn)算,即對(duì)軋機(jī)的各種工況和投入的各種數(shù)量的電容器,計(jì)算電容器上的電壓電流、諧波流入變壓器的多55少,看電容器的電壓電流有無(wú)超出允許值,

8、諧波電流有無(wú)放大、放大多少。表2是一臺(tái)軋機(jī)的校驗(yàn)算實(shí)例。這臺(tái)軋機(jī)是一臺(tái)熱軋機(jī),主傳動(dòng)電機(jī)功率1600k W,750VDC,整流變壓器2500k W,750VAC,阻抗電壓百分比6%。每回路電容器60kvar,900V。串聯(lián)電抗器的電抗率615%。總共24個(gè)回路。計(jì)算中采用的公式這里不再羅列,詳見/電力電容器0雜志2006年第5期5電力網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償與濾波回路中諧波問(wèn)題的分析6一文。表2一臺(tái)軋機(jī)電容器運(yùn)行參數(shù)校驗(yàn)算實(shí)例電抗率K0.0450.0550.060.07基波變壓器阻抗XS(80.0183750.0183750.0183750.018375電容器總阻抗XC(80.56250.56250.562

9、50.5625電抗器總阻抗XL(80.02531250.0309380.033750.0393753次諧波變壓器阻抗XS3(80.0551250.0551250.0551250.055125電容回路總阻抗XCL3(8-0.1115625-0.09469-0.08625-0.06938綜合變量N-2.023809524-1.71769-1.56463-1.2585變壓器諧波電流比IS3/I3 1.9767441862.3933652.7710844.868421電容器諧波電流比ICL3/I30.9767441861.3933651.7710843.8684215次諧波變壓器阻抗XS5(80.09

10、18750.0918750.0918750.091875電容回路總阻抗XCL5(80.01406250.0421880.056250.084375綜合變量N0.1530612240.4591840.6122450.918367變壓器諧波電流比IS5/I50.1327433630.3146850.3797470.478723電容器諧波電流比ICL5/I50.8672566370.6853150.6202530.521277電容器諧波總電流(A333.8072353263.7777238.7356200.6395電容器基波總電流(A806.0736743814.6036818.9366827.74

11、23電容器全波總電流(A872.457471856.2463853.0251851.7121電容器全波電壓(V850.3845619845.0494844.3913845.5474單個(gè)電容器總電流(A36.3523946235.6769335.5427135.488017次諧波變壓器阻抗XS7(80.1286250.1286250.1286250.128625電容回路總阻抗XCL7(80.0968303570.1362050.1558930.195268綜合變量N0.7528113291.0589341.2119951.518117變壓器諧波電流比IS7/I70.4294879410.5143

12、120.5479190.602878電容器諧波電流比I CL7/I70.5705120590.4856880.4520810.397122電容器諧波總電流(A156.8501385133.5296124.2899109.1803電容器基波總電流(A806.0736743814.6036818.9366827.7423電容器全波總電流(A821.1922639825.4751828.3146834.9118電容器全波電壓(V807.1711327812.2358815.1713821.6476單個(gè)電容器總電流(A34.2163443334.394834.5131134.787995+7次諧波電容

13、器全波總電流(A886.4445863866.5955862.0323858.6815單個(gè)電容器總電流(A36.935191136.1081535.9180135.77839電容器全波電壓(V872.2153805863.6344861.6903860.7434投入電容器個(gè)數(shù)2424242410KV網(wǎng)短路容量(MVA150表2是采用Exce l電子表格制作的。改變投入電容器個(gè)數(shù)、軋機(jī)產(chǎn)生的各次諧波電流等設(shè)定條件參數(shù)就可得到各種條件下所需的計(jì)算值。從表2中電抗率為6%的一列看,在投入24個(gè)電容器時(shí)每個(gè)電容器的電流為3519A,電壓861,小于電容器的額定值。對(duì)5次諧波的吸收率為62%,(但實(shí)際上

14、因?yàn)殡娙莼芈酚须娮璧纫蛩氐挠绊懳章什粫?huì)超過(guò)40%。另外還可看出,補(bǔ)償裝置對(duì)3次諧波有一定的放大:注入變壓器和補(bǔ)償裝置的3次諧波電流分別為軋機(jī)產(chǎn)生的諧波電流1177和2177倍。但因軋機(jī)產(chǎn)生的3次諧波電流極小,(從原理分析和類似軋機(jī)運(yùn)行的實(shí)測(cè)都可得出這一結(jié)論,這種放大不會(huì)對(duì)系統(tǒng)和電容器造成明顯的影響。(下轉(zhuǎn)第36頁(yè)合金連續(xù)擠壓,對(duì)于再結(jié)晶溫度較高的銅錫、銅鎂合金乃至黃銅、青銅制品連續(xù)擠壓還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn),工裝模具耐高溫、耐高壓性能受限是瓶頸。要擴(kuò)大擠壓制品生產(chǎn)范圍,除了進(jìn)行合理的工裝模具設(shè)計(jì)外,必須提高工裝模具材料在高溫高壓下的綜合性能。參考文獻(xiàn)1Green D.Conti nuous Extr

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