CN106385033B - 一种中频炉的谐波滤波方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中频炉的滤波方法及装置，检测中频炉负载的谐波频率并进行分析计算得到滤波电抗预计值；检测滤波电抗的实际值；将滤波电抗预计值与检测到的滤波电抗实际值进行比较，若二者相等，保持磁控电抗器的绕组线圈匝数不变，保证滤波电感不变；若滤波电抗的预计值大于滤波电抗的实际值时，将磁控电抗器中同一铁芯上的不同两个绕组线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速励磁，增大滤波电感；若滤波电抗的预计值小于滤波电抗的实际值时，将同一绕组线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速退磁，减小滤波电感；通过检测中频炉负载的间谐波频率实时调节滤波电感的大小，实现LC滤波支路在不同频率点谐振，有效地治理中频炉的谐波。

Description

一种中频炉的谐波滤波方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金行业电能质量治理的技术领域，特别是涉及一种中频炉的谐波滤波方法及装置。

背景技术

中频炉具有加热速度快、热效率高、加热均匀、环境污染小等优点，广泛应用于金属熔炼、铸造、热处理等工业场合。目前，其已成为冶金行业一种重要的技术装备。但是中频炉在使用时产生大量的谐波，导致电网中的谐波污染非常严重，因此，有必要对中频炉进行谐波治理。当前中频炉谐波治理的常见方法是并联LC滤波支路，这种方法就是将冶炼中频炉谐波污染等效为6脉动或12脉动整流所产生的固定的特征频率谐波，采用并联LC滤波支路进行谐波治理。由于中频炉产生大量的间谐波污染，同时这些间谐波的频率还随着冶炼过程发生不断的变化，传统的并联LC滤波支路对中频炉的谐波治理效果差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种中频炉的谐波滤波方法。

为达到上述目的，本发明一种中频炉的谐波滤波方法，具体包括如下步骤：步骤1、在电源线侧设置滤波器，且滤波器设5、7、11、13次三条滤波通道，在每条滤波通道安装磁力可调的磁控电抗器；

步骤2、判断中频炉谐波被等的效整流脉冲次数，根据判断结果选择切入相对应的滤波器；

步骤3、检测中频炉负载的谐波频率，对检测到的谐波频率进行分析计算，得到滤波电抗预计值；

步骤4、检测滤波电抗的实际值；

步骤5、将滤波电抗预计值与检测到的滤波电抗实际值进行比较，根据比较的结果调节滤波通道中磁控电抗器，具体过程如下：

若滤波电抗的预计值等于滤波电抗的实际值时，保持磁控电抗器的绕组线圈匝数不变，使线圈中产生自耦直流励磁电流，保持滤波电感不变；

若滤波电抗的预计值大于滤波电抗的实际值时，将磁控电抗器中同一铁芯上的不同两个绕组线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速励磁，增大滤波电感；

若滤波电抗的预计值小于滤波电抗的实际值时，将同一绕组线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速退磁，减小滤波电感。

为达到上述目的，本发明一种中频炉的谐波滤波装置，包括滤波器、用于检测谐波频率检测装置和用于控制滤波器控制器；

所述滤波器包括星形连接的相同的滤波支路，各所述滤波支路中包括磁控电抗器，所述磁控电抗器与反并联晶闸管串联；所述磁控电抗器包括第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上的绕有第一线圈和第二线圈，第二铁芯上绕有第三线圈和第四线圈，第一线圈和第四线圈通过第一连接线串联构成第一支路，第二线圈和第三线圈通过第二连接线串联构成第二支路，第一支路与第二支路并联，所述第一连接线与第二连接线通过续流二极管连接；第一线圈设置有第一抽头点和第二抽头点，第二线圈上设置有第三抽头点，所述第二抽头点位于第一、三抽头点之间；第三线圈设置有第四抽头点，第四线圈上设置有第五抽头点和第六抽头点，所述第五抽头点位于第四、六抽头点之间；其中，第二抽头点和第三抽头点连接有正常工作电路；第一抽头点和第三抽头点之间连接有励磁电路，第一抽头点和第二抽头点之间连接有退磁电路；第四抽头点和第五抽头点连接有正常工作电路；第四抽头点和第六抽头点之间连接有励磁电路，第五抽头点和第六抽头点之间连接有退磁电路。

所述检测装置与控制器电连接，将检测到的谐波频率信号输出给控制器；

所述控制器与所述正常工作电路、励磁电路以及退磁电路电连接，控制切入正常工作电路，切出励磁电路和退磁电路；或切入励磁电路，切出常工作电路和退磁电路；或切入退磁电路，切出正常工作电路和励磁电路。

较佳的，所述正常工作电路包括晶闸管，用于使线圈中产生自耦直流励磁电流；

所述励磁电路包括IGBT和续流二极管，用于使铁芯中的磁阀快速励磁，增大滤波电感；

所述退磁电路包括IGBT和晶闸管，用于使铁芯中的磁阀快速退磁，减小滤波电感。

较佳的，所述正常工作电路、励磁电路和退磁电路中：晶闸管与续流二极管串联，IGBT与晶闸管并联、与续流二极管串联；IGBT的两端反向并联有二极管；其中，晶闸管和续流二极管串联构成正常工作电路；IGBT和续流二极管串联构成励磁电路；IGBT两端反向并联的二极管与晶闸管串联构成退磁电路。

较佳的，控制器包括第一控制策略、第二控制策略和第三控制策略，所述第一控制策略用于控制正常工作电路中的晶闸管和二极管同时导通，切入正常工作电路；所述第二控制策略用于控制励磁电路中的IGBT和二极管同时导通，切入励磁电路；所述第三控制策略用于控制退磁电路中的晶闸管和IGBT同时导通，切入退磁电路。

较佳的，所述第一抽头与第一线圈连接第四线圈的端部之间的匝数比的范围是0～10％、第二抽头点与第一线圈连接第四线圈的端部之间的匝数比的范围是0～3％；第三抽头点与第二线圈连接第三线圈的端部之间的匝数比的范围是0～3％；第四抽头点与第三线圈连接第二线圈的端部之间的匝数比的范围是0～3％；第五抽头与第四线圈连接第一线圈的端部之间的匝数比的范围是0～3％，第六抽头点与第四线圈连接第一线圈的端部之间的匝数比的范围是0～10％。

较佳的，中频炉的整流为六脉动整流，三相电源线连接有包含5次滤波支路的五次滤波器和包含7次滤波支路七次滤波器；

或中频炉的整流为十二脉动整流，三相电源线连接有包含11次滤波支路的十一次滤波器和包含13次滤波支路十三次滤波器。包括与三相电源线电连接的滤波器、检测装置和控制器；

本发明采用改进的LC滤波支路，滤波电抗器采用快速励磁和退磁的磁控电抗器替代传统的滤波电抗器，通过检测装置检测中频炉负载的间谐波频率，并根据检测的间谐波频率控制滤波电感L的大小，实现LC滤波支路在不同频率点谐振，有效地治理中频炉的谐波，同时实现滤波电抗的连续平滑调节，以及滤波电抗的快速响应。

附图说明

图1是本发明中频炉的谐波滤波方法结构图。

图2是滤波电抗的铁芯绕组示意图。

图3是滤波电抗正常工作方式的绕组直流励磁电流示意图。

图4是滤波电抗快速励磁工作方式的绕组直流励磁电流示意图。

图5是滤波电抗快速退磁工作方式的绕组直流励磁电流示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

本发明一种中频炉的谐波滤波方法，包括如下步骤：步骤1、在电源线侧设置滤波器，且滤波器设5、7、11、13次三条滤波通道，在每条滤波通道安装磁力可调的磁控电抗器；

步骤2、判断中频炉整流脉冲的次数，根据判断结果选择切入相对应对滤波器；

步骤3、检测中频炉负载的谐波频率，对检测到的谐波频率进行分析计算，得到滤波电抗预计值；

步骤4、检测滤波电抗的实际值；

步骤5、将滤波电抗预计值与检测到的滤波电抗实际值进行比较，根据比较的结果调节滤波通道中磁控电抗器，具体过程如下：

若滤波电抗的预计值等于滤波电抗的实际值时，保持磁控电抗器的绕组线圈匝数不变，使线圈中产生自耦直流励磁电流，保持滤波电感不变；

若滤波电抗的预计值大于滤波电抗的实际值时，将磁控电抗器中同一铁芯上的不同两个绕组线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速励磁，增大滤波电感；

若滤波电抗的预计值小于滤波电抗的实际值时，将同一绕组线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速退磁，减小滤波电感。

如图1所示，中频炉的谐波滤波装置结构图，采用改进的LC滤波支路，用快速励磁和退磁的磁控电抗器替代滤波电抗器；滤波器、用于检测谐波频率检测装置和用于控制滤波器控制器；

所述滤波器包括星形连接的相同的滤波支路，各所述滤波支路中包括磁控电抗器，所述磁控电抗器与反并联晶闸管串联；所述磁控电抗器包括第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上的绕有第一线圈和第二线圈，第二铁芯上绕有第三线圈和第四线圈，第一线圈和第四线圈通过第一连接线串联构成第一支路，第二线圈和第三线圈通过第二连接线串联构成第二支路，第一支路与第二支路并联，所述第一连接线与第二连接线通过续流二极管连接；第一线圈设置有第一抽头点和第二抽头点，第二线圈上设置有第三抽头点，所述第二抽头点位于第一、三抽头点之间；第三线圈设置有第四抽头点，第四线圈上设置有第五抽头点和第六抽头点，所述第五抽头点位于第四、六抽头点之间；其中，第二抽头点和第三抽头点连接有正常工作电路；第一抽头点和第三抽头点之间连接有励磁电路，第一抽头点和第二抽头点之间连接有退磁电路；第四抽头点和第五抽头点连接有正常工作电路；第四抽头点和第六抽头点之间连接有励磁电路，第五抽头点和第六抽头点之间连接有退磁电路。

所述检测装置与控制器电连接，将检测到的谐波频率信号输出给控制器；

所述控制器与所述正常工作电路、励磁电路以及退磁电路电连接，控制切入正常工作电路，切出励磁电路和退磁电路；或切入励磁电路，切出常工作电路和退磁电路；或切入退磁电路，切出正常工作电路和励磁电路。

本实施例中，中频炉整流为6脉动整流，中频炉谐波治理装置采用5次和7次改进的LC滤波电路；检测装置检测中频炉负载的间谐波频率，并将检测信号输送给控制器，控制器根据检测到的间谐波频率控制改进的LC滤波电路；

结合图1和图2，以一个滤波支路为例，包括电抗器本体，所述电抗器本体中包含第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上的绕有第一线圈L1和第二线圈L2，第二铁芯上绕有第三线圈L3和第四线圈L4，第一线圈L1和第四线圈L4通过第一连接线串联构成第一支路，第二线圈L2和第三线圈L3通过第二连接线串联构成第二支路，第一支路与第二支路并联，所述第一连接线与第二连接线通过续流二极管D3连接；第一线圈L1设置有第一抽头点E1和第二抽头点E2，第二线圈上设置有第三抽头点E3，所述第二抽头点E2位于第一、三抽头点之间；第三线圈L3设置有第四抽头点F1，第四线圈L4上设置有第五抽头点F2和第六抽头点F3，所述第五抽头点位于第四、六抽头点之间；其中，第二抽头点和第三抽头点连接有正常工作电路；第一抽头点和第三抽头点之间连接有励磁电路，第一抽头点和第二抽头点之间连接有退磁电路；第四抽头点和第五抽头点连接有正常工作电路；第四抽头点和第六抽头点之间连接有励磁电路，第五抽头点和第六抽头点之间连接有退磁电路；

其中：第一线圈L1的抽头点E1与IGBT管T1的集电极相连，IGBT管T1的发射极与晶闸管K1的阴极和二极管D1的阳极相连，晶闸管K1的阳极与第一线圈L1的抽头点E2相连，二极管D1的阴极与第二线圈L2的抽头点E3相连，第四线圈L4的抽头点F3与IGBT管T2的集电极相连，IGBT管T2的发射极与晶闸管K2的阴极和二极管D2的阳极相连，晶闸管K2的阳极和第四线圈L4的抽头点F2相连，二极管D2的阴极与第三线圈L3的抽头点F1相连。L1绕组的上端点与第三线圈L3的上端点相连并连接到电源，L1绕组的下端点与第四线圈L4的上端点相连，第三线圈L3的下端点与第二线圈L2的上端点相连，第一线圈L1的下端点与二极管D3的阳极相连，二极管D3的阴极与第三线圈L3的下端点相连，第二线圈L2的下端点与第四线圈L4的下端点相连并连接到电源。

其中，晶闸管K1与二极管D1串联构成第一正常工作电路，晶闸管K2与二极管D2串联构成第二正常工作电路；IGBT管T1与二极管D1串联构成第一励磁电路，IGBT管T2与二极管D2串联构成第二励磁电路；IGBT管T1与晶闸管K1串联构成第一退磁电路，IGBT管T2与晶闸管K2串联构成第二退磁电路；

如图3所示，本发明中滤波电抗正常工作方式的绕组直流励磁电流示意图，控制器根据采样数据分析计算滤波电抗所需要的电抗值和滤波电抗的实际值，当滤波电抗所需要的电抗值等于滤波电抗的实际值，控制器运行第一控制策略使滤波电抗运行于正常工作方式，在正常工作方式下，控制器发出触发脉冲，控制晶闸管的触发导通角，如图3所示，在***电压正半周时触发导通晶闸管K1，直流电流流向为E2→K1→D1→E3，在***电压负半周时触发导通晶闸管K2，直流电流流向为F2→K2→D2→F1。正常工作方式运行的滤波电抗线圈中产生自耦直流励磁电流，通过调节晶闸管导通角的大小来调节直流励磁电流，控制滤波电抗输出电流大小，实现滤波电抗的连续平滑调节。

如图4所示，本发明中滤波电抗快速励磁工作方式的绕组直流励磁电流示意图，控制器根据采样数据分析计算滤波电抗所需要的电抗值和滤波电抗的实际值，当滤波电抗所需要的电抗值大于滤波电抗的实际值，控制器运行第二控制策略使滤波电抗运行于快速励磁工作方式，在快速励磁工作方式下，控制器给出触发脉冲，通过驱动电路触发导通IGBT管，如图4所示，在***电压正半周时导通T1，直流电流流向为E1→T1→D1→E3，线圈绕组L1和L2部分被短路，直流回路中产生较大的正向自耦直流电压，直流电流迅速增大，使铁芯中的磁阀快速励磁，磁阀式可控电抗器输出电流迅速增大；在***电压负半周时导通T2，直流电流流向为F3→T2→D2→F1，线圈绕组L3和L4部分被短路，回路中产生较大的正向自耦直流电压，直流电流迅速增大，使铁芯中的磁阀快速励磁，磁控电抗器输出电流迅速增大。

如图5所示，本发明中滤波电抗快速退磁工作方式的绕组直流励磁电流示意图，控制器根据采样数据分析计算滤波电抗所需要的电抗值和滤波电抗的实际值，当滤波电抗所需要的电抗值小于滤波电抗的实际值，控制器运行第三控制策略使滤波电抗运行于快速退磁工作方式，在快速退磁工作方式下，控制器给出触发脉冲，通过驱动电路触发导通晶闸管，如图5所示，在***电压正半周时导通K2，直流电流流向为F2→K2→T2→F3，线圈绕组L4部分被短路，直流回路中产生较大的反向自耦直流电压，使回路中的直流电流迅速减小，铁芯中的磁阀快速退磁；电压负半周导通K1，直流电流流向为E2→K1→T1→E1，线圈绕组L1部分被短路，直流回路中产生较大的反向自耦直流电压，使回路中的直流电流迅速减小，铁芯中的磁阀快速退磁，磁控电抗器输出电流迅速减小。

本发明采用改进的LC滤波支路，滤波电抗器采用快速励磁和退磁的磁控电抗器替代传统的滤波电抗器，通过检测装置检测中频炉负载的间谐波频率，并根据检测的间谐波频率控制滤波电感L的大小，实现LC滤波支路在不同频率点谐振，有效地治理中频炉的谐波，同时实现滤波电抗的连续平滑调节，以及滤波电抗的快速响应。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种中频炉的谐波滤波装置，其特征在于：包括滤波器、用于检测谐波频率的检测装置和用于控制滤波器的控制器；

所述滤波器包括星形连接的相同的滤波支路，各所述滤波支路中包括磁控电抗器，所述磁控电抗器与反并联晶闸管串联；所述磁控电抗器包括第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上绕有第一线圈和第二线圈，第二铁芯上绕有第三线圈和第四线圈，第一线圈和第四线圈通过第一连接线串联构成第一支路，第二线圈和第三线圈通过第二连接线串联构成第二支路，第一支路与第二支路并联，所述第一连接线与第二连接线通过续流二极管D3连接；第一线圈设置有第一抽头和第二抽头，第二线圈上设置有第三抽头，所述第二抽头位于第一、三抽头之间；第三线圈设置有第四抽头，第四线圈上设置有第五抽头和第六抽头，所述第五抽头位于第四、六抽头之间； 其中，第二抽头和第三抽头之间连接有第一正常工作电路；第一抽头和第三抽头之间连接有第一励磁电路，第一抽头和第二抽头之间连接有第一退磁电路；第四抽头和第五抽头之间连接有第二正常工作电路；第四抽头和第六抽头之间连接有第二励磁电路，第五抽头和第六抽头之间连接有第二退磁电路；

所述检测装置与控制器电连接，将检测到的谐波频率信号输出给控制器；

所述控制器与所述正常工作电路、励磁电路以及退磁电路电连接，控制切入正常工作电路，切出励磁电路和退磁电路；或切入励磁电路，切出正常工作电路和退磁电路；或切入退磁电路，切出正常工作电路和励磁电路；

所述正常工作电路包括晶闸管，用于使线圈中产生自耦直流励磁电流；

所述励磁电路包括IGBT管和二极管，用于使铁芯中的磁阀快速励磁，增大滤波电感；

所述退磁电路由所述的IGBT管两端反向并联的二极管与所述的晶闸管串联构成，用于使铁芯中的磁阀快速退磁，减小滤波电感；

所述正常工作电路、励磁电路和退磁电路中：所述的晶闸管与二极管串联， 所述的IGBT管与晶闸管并联、与二极管串联；所述的IGBT管的两端反向并联有二极管；其中，所述的晶闸管和二极管串联构成正常工作电路；所述的IGBT管和二极管串联构成励磁电路；所述的IGBT管两端反向并联的二极管与所述的晶闸管串联构成退磁电路；

其中，所述的正常工作电路包括第一正常工作电路和第二正常工作电路， 晶闸管Kl与二极管Dl 串联构成第一正常工作电路，晶闸管K2 与二极管D2 串联构成第二正常工作电路；励磁电路包括第一励磁电路和第二励磁电路，IGBT管Tl 与二极管Dl 串联构成第一励磁电路， IGBT管T2 与二极管D2 串联构成第二励磁电路；退磁电路包括第一退磁电路和第二退磁电路， IGBT管 Tl两端反向并联的二极管与晶闸管Kl 串联构成第一退磁电路，IGBT管T2两端反向并联的二极管与晶闸管K2 串联构成第二退磁电路。

2.根据权利要求1所述的中频炉的谐波滤波装置，其特征在于：控制器的控制策略包括第一控制策略、第二控制策略和第三控制策略，所述第一控制策略用于控制正常工作电路中的晶闸管和二极管同时导通，切入正常工作电路；所述第二控制策略用于控制励磁电路中的IGBT管和二极管同时导通，切入励磁电路；所述第三控制策略用于控制退磁电路中的晶闸管和IGBT管两端反向并联的二极管同时导通，切入退磁电路；

其中，第一控制策略用于在***电压正半周时控制第一正常工作电路导通或者在***电压负半周时控制第二正常工作电路导通， 切入第一正常工作电路或第二正常工作电路；第二控制策略用于在***电压正半周时控制第一励磁电路导通或者在***电压负半周时控制第二励磁电路导通，切入第一励磁电路或第二励磁电路；第三控制策略用于在***电压正半周时控制第一退磁电路导通或者在***电压负半周时控制第二退磁电路导通，切入第一退磁电路或第二退磁电路。

3.根据权利要求1所述的一种中频炉的谐波滤波装置，其特征在于：

所述第一抽头与第四线圈的端部之间的线圈与第一线圈的的匝数比的范围是0～10%、第二抽头与第四线圈的端部之间的线圈与第一线圈的匝数比的范围是0～3%；第三抽头与第三线圈的端部之间的线圈与第二线圈的匝数比的范围是0～3%；第四抽头与第二线圈的端部之间的线圈与第三线圈的匝数比的范围是0～3%；第五抽头与第一线圈的端部之间的线圈与第四线圈的匝数比的范围是0～3%；第六抽头与第一线圈的端部之间的线圈与第四线圈的匝数比的范围是0～10%。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的中频炉的谐波滤波装置的谐波滤波方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、在三相电源线侧设置滤波器，且滤波器设5、7、11、13次三条滤波通道，在每条滤波通道安装磁力可调的磁控电抗器；

步骤2、判断中频炉整流脉冲次数，根据判断结果选择切入相对应的滤波器；

步骤3、检测中频炉负载的谐波频率，对检测到的谐波频率进行分析计算，得到滤波电抗预计值；

步骤4、检测滤波电抗的实际值；

步骤5、将滤波电抗预计值与检测到的滤波电抗实际值进行比较，根据比较的结果调节滤波通道中磁控电抗器，具体过程如下：

若滤波电抗的预计值等于滤波电抗的实际值时，保持磁控电抗器的线圈匝数不变，使线圈中产生自耦直流励磁电流，保持滤波电感不变；

若滤波电抗的预计值大于滤波电抗的实际值时，将磁控电抗器中同一铁芯上的不同两个线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速励磁，增大滤波电感；

若滤波电抗的预计值小于滤波电抗的实际值时，将同一线圈中的部分线圈短路，使铁芯中的磁阀快速退磁，减小滤波电感。