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

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1、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

2、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/T8669-1997《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

3、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）UaUa=πUd/(2cosφ)=π×810/(2cos30°)=1039V其中：Ud——直流电压。φ——晶闸管

4、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）380660490810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）20040010002000400010000φ30°32°36°38°42°46°②直流电流Id和IdqId=Pa/Ud=2000×103/810=2469APa——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=24

5、69×0.6=1481A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=544A④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IthIth=×=2469×2/(π)=1111A⑥逆变晶闸管

6、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)=1.91⑦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/[4πf（IM-1.1Idq）]=3×660/[4π×50（1000π-1.1×1481）]≈2.95mH≈

7、3mHIM=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=6283A2000π=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/=381V整流变压器阀侧额定相电流416.7×103/381=1094A整流变压器短路电压381×6.5%=24.765V整流

8、变压器短路阻抗24.765/1094=0.0226Ω整流变压器每相漏感(忽略变压器绕组电阻)0.0226/（