中频电源原理及调节[行业参考]

1、中频电源原理及调试步骤主电路原理本系列中频电源装置是采用晶闸管元件，将三相工频交流电整流为直流，经电抗器平波后，成为一个恒定的直流电流源，再经单相逆变桥，把直流电流逆变成一定频率的单相中频电流。负载是由感应线圈和补偿电容器组成的。联接成并联谐振电路。详细原理图见主电路图1200KW/2.6KHz中频电源原理图。三相工频交流电(550V、三相四线制)送至本装置隔离开关的三个进线端，自动空气开关ZK作为主回路的电源开关。电流检测采用电流互感器，该电流信号被电流互感器及5/0.1A电流变换器二次转换后送到控制电路板KSRL.SCH作为电流闭环信号和过电流保护信号。快速熔断器作为控制电路失控时的短路保

2、护。为了减少开关操作过电压及由SCR换相时产生的毛刺，在进线处设置了阻容滤波电路及压敏过电压吸收电路。本装置采用三相桥式全控整流电路，可以获得较为平滑的电流波形，并且通过脉冲移相，可实现拉逆变工作状态。三相全控桥式整流电路的工作原理从略。2.控制电路原理整个控制电路除逆变末级触发电路板外,做成一块印刷电路板结构,从功能上分为整流触发部分、调节器部分、逆变部分、启动演算部分。详细电路见KSRL.SCH控制电路原理图。2.1 整流触发工作原理这部分电路包括三相同步、数字触发、末级驱动等电路。触发部分采用的是数字触发，具有可靠性高、精度高、调试容易等特点。数字触发器的特征是用计(时钟脉冲)数的办法来

3、实现移相,该数字触发器的时钟脉冲振荡器是一种电压控制振荡器,输出脉冲频率受移相控制电压Vk的控制,Vk降低,则振荡频率升高,而计数器的计数量是固定的(256),计数脉冲频率高,意味着计一定脉冲数所需时间短,也即延时时间短,角减小,反之角增大。计数器开始计数时刻同样受同步信号控制,在=0时开始计数。现假设在某 Vk 值时 , 根据压控振荡器的控制电压与频率间的关系确定输出振荡频率为 25KHZ , 则在计数到 256 个脉冲所需的时间为 (1/50000)256=10.2 (mS) ,相当于约180电角度,该触发器的计数清零脉冲在同步电压(线电压)的30处,这相当于三相全控桥式整流电路的=30位

4、置,从清零脉冲起,延时10.2mS产生的输出触发脉冲,接近于三相桥式整流电路某一相晶闸管=150的位置。如果需要得到准确的=150触发脉冲,可以略微调节一下电位器来实现。显然,有三套相同的触发电路,而压控振荡器和Vk控制电压为公用。这样，在一个周期中产生6个相位差60的触发脉冲。数字触发器的优点是工作稳定,特别是用HTL或CMOS数字集成电路,则可以有很强的抗干扰能力。调节器的输出信号到电压频率转换器，其输出频率随调节器送来的输入电压VK而线性变化。通过频率的变化来控制a角,达到调节功率第目的。三相同步信号直接由晶闸管的门极引线从主回路的三相进线上取得，由内部IC进行滤波及移相，再经6只光电耦

5、合器进行电位隔离，获得6个相位互差60度、占空比略小于50的矩形波同步信号输出。三相同步信号对计数器进行复位后，对电压频率转换器的输出脉冲每计数256个脉冲便输出一个延时脉冲，因计数脉冲的频率是受VK控制的，换句话说，VK控制了触发脉冲的延时。计数器输出的脉冲经隔离、微分后，变成窄脉冲，送到后级的IC，它既有同步分频器功能，亦有定输出脉宽的功能。输出的窄脉冲经电阻合成为双窄脉冲，再经晶体管放大，驱动脉冲变压器输出。2.2调节器工作原理调节器部分共设有四个调节器:中频电压调节器、电流调节器、阻抗调节器、逆变角调节器。其中电压调节器、电流调节器,组成常规的电流、电压双闭环系统,在启动和运行的整个阶

6、段，电流环始终参与工作，而电压环仅工作于运行阶段;另一阻抗调节器,从输入上看,它与电流调节器的输入完全是并联的关系,区别仅在于阻抗调节器的负反馈系数较电流调节器的略大,再者就是电流调节器的输出控制的是整流桥的输出直流电压,而阻抗调节器的输出控制的是中频电压与直流电压的比例关系,即逆变功率因数角。调节器电路的工作过程可以分为两种情况:一种是在直流电压没有达到最大值的时候,由于阻抗调节器的反馈系数略大,阻抗调节器的给定小于反馈,阻抗调节器便工作于限幅状态,对应的为最小逆变角,此时可以认为阻抗调节器不起作用,系统完全是一个标准的电压、电流双闭环系统;另一种情况是直流电压已经达到最大值,电流调节器开始

7、限幅,不再起作用,电压调节器的输出增加,而反馈电流却不变化,对阻抗调节器来说,当反馈电流信号比给定电流略小时,阻抗调节器便退出限幅,开始工作,调节逆变角调节器的角给定值,使输出的中频电压增加,直流电流也随之增加,达到新的平衡。此时,就只有电压调节器与阻抗调节器工作,R 的继续增大,直至到最大逆变角。逆变角调节器使逆变桥能在某一角下稳定的工作。2.3逆变部分工作原理本电路逆变触发部分,采用的是扫频式零压软起动,由于自动调频的需要,虽然逆变电路采用的是自励工作方式,控制信号也是取自负载端,但是主回路上无需附加起动电路,不需要预充磁或预充电的启动过程,因此,主回路得以简化,但随之带来的问题是控制电路

8、较为复杂。起动过程大致是这样的,在逆变电路起动前,先以一个高于槽路谐振频率的它激信号去触发逆变晶闸管,当电路检测到主回路直流电流时,便控制它激信号的频率从高向低扫描,当它激信号频率下降到接近槽路谐振频率时,中频电压便建立起来,并反馈到自动调频电路。自动调频电路一旦投入工作,便停止它激信号的频率扫描,转由自动调频电路控制逆变引前角，使设备进入稳态运行。若一次起动不成功,即自动调频电路没有抓住中频电压反馈信号,此时,它激信号便会一直扫描到最低频率,重复起动电路一旦检测到它激信号进入最低频段,便进行一次再起动,把它激信号再推到最高频率,重新扫描一次,直至起动成功。重复起动的周期约为0.5秒钟,完成一

9、次起动到满功率运行的时间不超过1秒钟。2.4启动演算工作原理过电流保护信号送到过电流截止触发器，封锁触发脉冲(或拉逆变)；驱动“过流”指示灯亮和驱动报警继电器。过电流触发器动作后，只有通过复位或关机后再开机进行“上电复位”，方可再次运行。可调节电位器整定过流电平。当三相交流输入缺相时，本控制板能对电源实现保护和指示。一旦出现“缺相”故障时，除了封锁触发脉冲外，还驱动“缺相”指示灯及报警继电器。为了使控制电路能够更可靠准确的运行，控制电路上还设置了启动定时器和控制电源欠压检测保护。在开机的瞬间，控制电路的工作是不稳定的，设置一个三秒钟左右的定时器，待定时后，才容许输出触发脉冲。若由于某种原因造成

10、控制板上直流供电电压过低，稳压器不能稳压，亦会使控制出错。设置一个欠压检测电路，当VCC电压低于12.5V时便封锁触发脉冲，防止不正确的触发。过电压截止触发器，封锁整流桥触发脉冲(或拉逆变)；驱动“过压”指示灯亮和驱动报警继电器。使过压保护振荡器起振，逆变桥直通保护。过电压触发器动作后，也象过流触发器一样,只有通过复位信号或通过关机后再开机进行“上电复位”，方可再次运行。可调节电位器整定过压电平。偶尔的水压低，只要不超过8S控制系统可不作反应，中频电源不必停止。最大限度地保证了中频电源工作的连续性。整个控制系统采用数字器件硬件组成，不含有软件程序控制部分。控制系统单板构成，结构紧凑，调试简单，

11、运行可靠具有功率输出特点。可控硅中频电源的调试前进行那些检查？ 安装情况的检查：调试前必须详细检查脱焊之处，有无短路相碰的地方。非等电位的裸线不得有平炉壳或相接。内接地线是否接牢，总接地线必须接牢。其接地线采用铜芯截面积不得小于55平方毫米。机壳对地电阻在电阻乘1的挡上测时应为零。三相进线由低压盘进来时避免与机壳接触，尤其是不要三相电缆从捆绑的形式靠在机壳上，这样损失电能。 电气绝缘检查：中频电源在接通冷却水前应检查整个系统的电气绝缘情况。详细登陆： 用1000V或2500V兆欧表（俗称摇表）检查主电路及控制电路的绝缘前应把晶闸管和印刷板与电路断开。用兆欧表的一个测试端接中频电源的箱壳，另一测

12、试端接母线或控制电路，其绝缘电阻应达到工业电气设备的绝缘标准。中频电热电容器的外壳、感应加热线圈与中频电源箱壳的绝缘电阻值同样应满足绝缘标准要求。对于已流通过冷地水的只能用万用表的1档量程来检查绝缘电阻。整流部分主回路对箱壳的绝缘电阻应大于100K，逆变部分主回路对箱壳的绝缘电阻应大于30k。水冷却换炉开关，感应线圈、水冷电缆的对大地的绝缘电阻应大于10。熔炼炉应待烘干炉衬后测试。 紧固件检查：中频电源装置的容量较大，在大电流下运行时，若回路中紧固件松动或脱开，在回路电感中会产生很高的自感电势而危及主电路安全运行、损坏元器件。应检查铜母线联接处的螺栓紧固情况，特别是负载电路，因其电流更大，工作

13、时发热，停机时冷却，膨胀、收缩情况下更易松动。有些现场故障就是出自这些原因。在紧固中频电容器主接线柱时，应用两只扳手分别同时均匀紧固，以免主接线柱外套与箱壳焊接处松动而造成漏油损坏。此外，应检查全部电气联接的紧固件及焊点。 冷却水路检查：检查冷却水在各部位的进出是否畅通，冷却水管道、分支、元器件的联接处是否有漏水、渗水现象、观察塑质水管是否折压、弯瘪等有碍水路畅通现象。中频电源的水路联接应按同电位原则相串联，特别是当水质不理想时。同电位相串联的水路联接。若有个别支路必须作不同电位相串联时，其支路冷却水塑质管应有1.2m以上的长度。晶闸管漏水或凝露会引发故障,必须及时消除之。中频电源发热量怎么计

14、算你可以按中频电源的功率进行估算，大体的估算公式是：电源功率*0.15*860800Kw中频电炉需要选多大截面的铜芯电缆？800KW的功率,用的是三相还是单相,电压是多少?才能确定电流,进而选择电缆! 答:每相功率800/3=266KW,每相电流266KW/380V=700A,铜线每方负荷电流在6-8A,因此铜线截面积在100方左右,即直径约11毫米的三相四线500V以上的电力电缆;中频电流也在800KW/1500V=533A上,可按每方10安设计电缆,即出线电缆用不低于50方和2000V以上的电力电缆!晶闸管中频电源整流的触发脉冲调试需什么步骤合上控制回路电源（此时不合主电源）。查看各控制部

15、分的变压器是否正常，有否短路、发热、冒烟等情况。若正常，再接入稳压电源，查看稳压电源值是否合乎要求。再依次接入整流触发、调节电路、保护电路、逆变触发电路的印制电路板，查看相应的控制电路表指示值或发光二极管状态，判断电路是否正常工作。 用示波器检查整流电路中每只晶闸管控制极与阴极之间的触发脉冲波形。检查应按晶闸管1-6编号顺序进行。按顺序每两只管子之间两个触发脉冲的前沿（双脉冲触发制的应是第一个脉冲之间的前沿）相位差应是60（同一只晶闸管控制极的双脉冲相位差亦是60）。再看触发脉冲宽度是否合乎要求，以及所有触发脉冲的幅值平均值的2倍，则应检查该管子的控制极有否开路或控制极电阻是否很大。如开路或很

16、大，则应调换该管子。若有某只晶闸管的脉冲幅值特别小，也应检查脉冲变压器一二次侧脉冲或功放管。脉冲变压器二次侧电路中的防干扰电容器或反并联二极管短路也会出现控制极脉冲幅值极小或无脉冲。检查触发脉冲应直接在晶闸和的控制极上进行。什么是中频加热电源,它是一种什么样的装置,它的原理是什么IGBT逆变中频感应加热电源，是充分发挥我厂在电能变换技术方面的优势，新开发的更新换代产品。最突出的优点是：节能,总转换率达85%（配普通炉体、90%配专用炉体）；对不同炉体（感应器）的适应性强；最高的性能价格比。工作原理： 三相电源经桥式不控整流后经LC滤波，获得500VDC工作电压。由于是不控整流，整流二极管始终工

17、作在最大导通角，决定了高功率因数。 本设备的核心部分逆变器由大功率IGBT半桥组成。由锁相环控制工作频率，自动跟踪炉体固有频率及其它参数的变化，保持IGBT工作在零电压开关状态，损耗小，安全区大。由PWM电路控制输出功率，由功率检测电路组成闭环控制，本设备输出电容与炉体构成串联形式，而不象一般晶闸管逆变采用并联方式。这是由于：串联结构更适应IGBT的电压型逆变；炉体引线长短只改变工作频率而较少影响效率；更适合电容器的内置。当然，串联结构在空炉时由于Q值很高会产生很高的电压，本设备由于有良好的限压控制而得到解决。 晶闸管中频电源是一种静止变频装置，利用晶闸管元件将三相工频电源变换成单相中频电源。

18、本装置对各种负载适应力强、适用范围广，主要应用于各种金属的熔炼、保温、烧结、焊接、淬火、回火、透热、金属液净化、热处理、弯管、以及晶体生长等。本装置标准输出功率系列为：30KW、50KW、100KW、160KW、250KW、350KW、400KW、500KW、750KW、1000KW、1250KW、1500KW、2000KW、2500KW、3000KW、4000KW中频感应电炉的电容烧坏的原因电热电炉若是出现烧坏，主要原因是以下几种：1、缺水，中频电炉在长期的使用过程中，可能会在电容的冷却管里结水垢或者进水系统进入杂物堵塞而导致电热电容过热而烧坏。所以在使用过程中要注意观察电热电容冷却水的流量

19、，若是出现流量异常，就应该采用相应的措施；2、中频电压过高，中频电炉在长期的使用过程中，若把中频电炉调的过高，高于电热电容的额定电压（电热电容的额定电压有750V、1200V等常用规格），会造成电热电容过电压击穿。若是出现这种情况，就需要调低中频电压或者把电热电容换成耐压等级高的型号。3、电热电容的阴极接地，若是在电炉的使用过程中，电热电容出现绝缘不好的情况，就会发生电容阴极接地而致使电容外壳击穿，若是出现这种情况，就需要对电容柜的绝缘进行重新处理电抗器的作用电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要，布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会

20、产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。近年来，在电力系统中，为了消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，在电容器回路中采用串联电抗器的方法改变系统参数，已取得了显著的效果。干式空心电抗器的作用和使用寿命近年来，我国500kV输电线路迅速发展，电网容量越来越大，由于电压等级高，电网装机容量大，

21、造成了系统短路电流增大，事故电压波动大，功率因数偏低，开关容量不够和谐波电流的增加，解决这些问题的方法是在系统上安装电抗器。大容量干式空心电抗器是近几年研制开发的新型电抗器，它具有线性特性好，参数稳定，防火性能好的特点，本文仅就干式空心电抗器(以下简称电抗器)的作用和使用寿命作一分析。 来源:www.tede1 电抗器的作用1.1 电抗器的限流和滤波作用电网容量的扩大，使得系统短路容量的额定值迅速增大。如在500kV变电所的低压35kV侧， 最大的三相对称短路电流有效值已经接近50kA。为了限制输电线路的短路电流，保护电力设 备，必须安装电抗器，电抗器能够减小短路电流和使短路瞬间系统的电压保持

22、不变。在电容器回路安装阻尼电抗器(即串联电抗器)，电容器回路投入时起抑制涌流的作用。同时与电容器组一起组成谐波回路，起各次谐波的滤波作用。如在500kV变电所35kV无功补偿装置的电容器回路中，为了限制投入电容器时的涌流和抑制电力系统的高次谐波，在35kV电容器回路中必须安装阻尼电抗器，抑制3次谐波时，采用额定电压35kV，额定电感量26.2mH，额定电流350A干式空心单相户外型阻尼电抗器，它与2.52Mvar电容器对3次谐波形成谐振回路，即3次谐波滤波回路。同样，为了抑制5次及以上高次谐波，采用了额定电压35kV，额定电感量9.2mH，额定电流382A单相户外型阻尼电抗器，它与2.52Mv

23、ar电容器对5次及以上高次谐波形成谐振回路。起到了抑制高次谐波的作用，需要说明的是，在国家标准电抗器 GB1022988和IEC28988国际标准中均对阻尼电抗器的使用和技术条件作了规定。但目前国内有些部门将阻尼电抗器称为串联电抗器，严格来讲是不合适的，因为上述标准中均没有串联电抗器这个名称。1.2 电抗器在无功补偿装置中的作用随着我国500kV电力系统的发展，以及电气化铁路和大型钢铁基地的建设，在大型枢纽变电 所中需要安装静止补偿装置的趋势越来越明显。静止补偿装置对负载突变的反映速度快(一般响应时间为0.020.04s)，具有平滑的无功功率和电压调节特性。因此它能够稳定电力系统电压，有效地补

24、偿电力系统的无功功率系数，抑制电压的波动，维持电力系统处于三相平衡状态，抑制电力系统的次同步振荡。此外安装在电力系统枢纽点的静止补偿装置还能起降低电力系统暂态超压的作用。因此各大电网均要求大中型变电站必须安装电抗器来补偿电容性的无功功率，做到就地补偿，就地平衡，以保证电力系统的安全运行。电抗器是无功补偿装置的重要组成部分之一，并联电抗器用来提供感抗值消耗电力系统过剩 的电容性无功功率，这在电力系统初期输送功率较小的时候以及电力系统后期在每日深夜轻负荷的时候都是十分必要的。因为在上述两种情况下，输电线路的无功功率损耗小，由于电容效应，输电线路产生的无功功率大于输电线路消耗的无功功率，在整个电力系

25、统中存在剩余的无功功率(电容性)，必须安装并联电抗器来消耗这部分剩余的无功功率，满足电力系统无功平衡的需要，维持电力系统的电压水平。否则电力系统的电压过高，无法安全运行。近年来用减少静止补偿装置中晶闸管的数量，来节省整个装置的投资，有尽可能增大电容器 组(简称TSC)容量和并联电抗器组(简称TCR)容量的趋势。在有的静止补偿装置中甚至取消了TSC回路，完全由固定电容器组(简称FC)代替。这样为了保持静止补偿装置具有连续平滑的无功功率和电压调节特性，就需要加大并联电抗器的总容量。因此，电抗器的用量将越来越大。串联在电容器回路中的阻尼电抗器除起到前面所叙述的限制涌流和高次谐波的作用外，也起 到了无

26、功补偿的作用。2 电抗器使用寿命的分析电抗器在额定负载下长期正常运行的时间，就是电抗器的使用寿命。电抗器使用寿命由制造 它的材料所决定。制造电抗器的材料有金属材料和绝缘材料两大类。金属材料耐高温，而绝缘材料长期在较高的温度、电场和磁场作用下，会逐渐失去原有的力学性能和绝缘性能，例如变脆、机械强度减弱、电击穿。这个渐变的过程就是绝缘材料的老化。温度愈高，绝缘材料的力学性能和绝缘性能减弱得越快；绝缘材料含水分愈多，老化也愈快。电抗器中的绝缘材料要承受电抗器运行产生的负荷和周围环境的作用，这些负荷的总和、强度和作用时间决定绝缘材料的使用寿命。这些负荷包括热性质的、机械性质的和电气性质的，周围环境的作

27、用指潮湿、化学污染、灰 尘和各种射线。由于热作用一方面可以引起化学变化，如导致绝缘材料原子结构中的链断裂，分子结构改变，分离反应和交链反应；另一方面由于金属导线和相邻的绝缘材料间的热膨胀差别很大，而产生机械破坏。因电抗器运行产生的交变磁场而引起的机械负荷有压力、拉力、伸展、振动。强度太高时， 绝缘材料会产生撕裂拉断，损耗大会引起发热而产生破坏。周围环境中对电抗器起破坏作用的最普遍的是温度高、温度波动大和相对湿度大；其次有强光照射、灰尘、细沙、烟雾等；另外还有生物(如霉菌和细菌)的影响，以及一些动物(如白蚁)的侵害。在此要提一下各种辐射对绝缘材料均有一定的破坏作用，对于聚合的绝缘材料辐射分子量增

28、加，或者由于链分裂，网状组织导致破坏。电抗器运行时，它的使用寿命要受到以上各种负荷和环境的影响，其中负荷和环境的影响最 大，因此，在保持足够的机械和电气特性下，温度稳定性和热状态均被看作是电抗器设计制造质量的重要指标，温度稳定性和热状态的突出影响是科研人员研究热负荷和寿命之间关系的原因。为此，国际电工委员会(IEC)和国家标准局制定了电抗器的IEC标准和国家标准。表1为干式空心电抗器国家标准规定的温升限值。从表1可以看出，各种绝缘材料的耐热温度与相应温升的差值，随着绝缘等级的提高而增大。这是因为采用不同耐热等级的绝缘材料制造的电抗器，运行时的温升限值是不同的。当温升较高时，电抗器运行时的热流强

29、度就要增大。一般来说，部件中温度的分布随热流强度的增加而趋于不均匀，其平均温度与最热点温度的差值也增大。表1 干式空心电抗器国家标准规定的温升限值绝缘等级绝缘的温度等级 /(电阻法测得的平均值) 温升限值/KA10560E12075B13085F155100H180125C220150电抗器运行时，它的绕组既是导热介质，又是热源，它的温度一般来说在空间上总是按一定规律呈曲线分布。这样就有了最热点温升和平均温升之分，电抗器的发热限度以最热点温升为准，平均温升是检验设计是否合理和经济性能好坏的重要指标。平均温升与最热点温升之间有一定的规律性联系。可以用平均温升来衡量电抗器的发热情况，电抗器绕组绝缘

30、的热寿命和绝缘是否受损应由绕组最热点温升来决定，而不是平均温度来决定。干式空心电抗器的使用寿命根据蒙特申格尔(Montsinger)的寿命定律来计算TAe- (1)式中 T绝缘材料的使用寿命A常数(根据电抗器所用绝缘材料的等级确定)常数，约为0.88绝缘材料的温度对于蒙特申格尔寿命定律的半对数f(lnT)，得到含有方向常数-1/的直线，该直线如图所示，这就是绕组的寿命(绕组耐热等级为A、B和H)与绕组工作温度的函数关系。图 A、B和H耐热等级绝缘绕组的寿命与绕组运行温度的函数关系从式(1)和图中可以看出，每种绝缘材料都有一个固定的温度变化值。在某一统计期内，若 电抗器的最热点温度比所用绝缘材料

31、的最高允许温度低，则绝缘老化缓慢，寿命延长。反之，则绝缘老化加快，寿命缩短。对于电抗器的全部寿命而言，这一寿命的延长或缩短便构成了寿命的补偿。每种绝缘材料的寿命减小到一半或寿命增加一倍的温度变化值是固定不变的。该温度变化值对于A级为8，对于B级为810，对于H级为12。由于A级的 8，因而蒙特申格尔寿命定律还称为8规则，H级一般称为12规则。我们知道，每种绝缘材料均有其耐热的绝对最高温度(见表2)，当超过其绝对最高温度时， 绝 缘材料将迅速碳化而失去绝缘性能和力学性能。因此若电抗器经常过负荷运行时，一定要在 订货时与制造厂协商，在设计和制造过程中考虑经常过负荷的工作状态。表2 绝缘等级和绝对最

32、高温度的关系绝缘等级温度/105(A)120(E)130(B)155(F)180(H)220(C)绝对最高温度/1501751852102352607 电网中含有谐波情况下的无功补偿 7.1 对原有变流器负荷的补偿 当电网接有谐波源负载(例如变流器等)时，不能将补偿电容器直接接于电网，因为电容器与电网阻抗形成并联谐振回路，在对谐振频率进行估算时，可以根据电网短路功率Sk和电容器基波补偿容量Qc1计算Vr=F(Qcl/Sk)。 在5次谐波频率下电网具有谐振，并联阻抗Xp大大升高，由谐波源发出的5次谐波电流流入谐振回路后，会产生很高的谐波电压，谐波电压叠加在基波电压上，导致电压波形发生畸变。在电网

33、和电容器之间流动的平衡电流可达谐波源发出的电流的数倍，即谐波放大，此时变压器和电容器承受大于正常情况的负荷，特别是电容器，长期运行于过负荷状态，加速绝缘老化，甚至击穿爆炸。可以根据电网阻抗和电容器容抗预先计算出并联谐振频率，调整电容器容量配置，使并联谐振频率与特征谐波频率保持一定的距离，避免谐波放大。但是实际的电网阻抗不为常数，而时常处于不断变化之中，很难完全避开谐振，特别当电容器分组调节运行时，情况更为复杂。 当需要对接有谐波源设备的电网进行补偿时，必须采取技术措施，将并联谐振点移到安全位置，而实践证明最可靠的方法就是在电容器回路中串联电抗器。 7.2 电容器回路串电抗 电容器串电抗后形成一

34、个串联谐振回路，在谐振频率下呈现出很低的阻抗(理论上为0)。如果串联谐振频率与电网特征谐波频率一致，则成为纯滤波回路。如果只吸收少量谐波，则称为失谐滤波回路。 失谐波回路的主要用途是防止谐波放大，滤波效果不大，回路串联谐振频率通常低于电网的最低次特征谐波频率，即设定为基波频率的3.84.2倍。 工程计算公式为:电抗器电抗XL=电容器容抗Xc的百分比(X%)或者:电抗器功率QL=电容器基波容量QC的百分比(X%) 电抗器电抗或容量一般为电容器容抗或容量的6%7%。在选择X=6%时，谐振次数为V=4.08。 失谐滤波回路只吸收少量5次及以上的谐波，谐波源产生的谐波的大部分流入电网，电容器容量根据预

35、计达到的功率因数值确定。 纯滤波回路的主要用途是吸收谐波，同时补偿基波无功功率。 在串联谐振状态下，滤波回路的合成阻抗Xs接近于0，因此可对相关谐波形成“短路”。 在谐振频率以下滤波回路呈容性，因此能够输出容性基波无功功率以补偿感性无功功率。在谐振频率以上滤波回路呈感性。 由于滤波回路在谐振点以下呈容性，所以在其特征频率以下又与电网电感形成并联谐振回路。如果在这个频率范围内没有特征谐波，则并联谐振对电网不会产生危害。 设计滤波回路时，应从最低次谐波开始，例如对于6脉动桥式变流器的谐波，应从5次谐波开始设置滤波回路。多个滤波回路的并联谐振频率。 当电容器采用形接线，则滤波回路的谐振频率一般设定为

36、特征谐波频率的96%98%，以便平衡电网的频率波动和环境温度变化引起的电容量的改变，滤波回路除了输出基波无功功率外，还要承受谐波负荷，多个不同谐振频率的滤波器在两个过0点间会出现一个并联谐振点。 7.3 滤波回路的无功功率调节 由于滤波回路的主要任务是吸收电网谐波，所以限制了对基波无功功率进行调节的灵活性，只能对各个回路进行投切，投入的顺序为从低次到高次，切除的顺序为从高次到低次。对于容量较大的补偿滤波装置，可以采取纯滤波回路和失谐滤波回路结合的方法，即纯滤波回路固定运行，补偿基本负荷，失谐滤波回路作为调节运行。 对于低压谐波装置，也可以采取多个同次滤波回路并联的方法，但需注意以下两点: a)

37、失谐滤波回路可以并联运行，用于对滤波效果没有严格要求的场所。 b)同次调谐滤波回路并联运行会出现问题。在谐振频率下回路阻抗理论上为0，但实际上电流不可能在2个支路间平均分配，其主要原因: 由于元件制作误差、环境温度变化、电容器老化和元件容丝的动作等因素影响，导致各支路阻抗不为0，并且互有差异。 电感和电容的调谐精度的限制。不可能将两个支路的参数调得完全一样。 如果两个同次滤波回路中的一个在特征谐波频率下呈感性，另一个呈容性，则会产生并联谐振，使谐波放大。 如果经过经济技术比较需要采用并联方式，可以将两个支路均调为在特征谐波频率下呈感性，即rvl，各支路电阻接近，可以较好解决电流分配问题，但是滤

38、波效果要降低。 如果既要吸收谐波，又要保持调节的灵活性，可以采用并联支路的方式，即若干个同次滤波回路同时接入电网，各支路的电容同时并联，形成一个总的滤波回路，调节时可以投切其中的一个或多个并联支路。这种方式不会出现支路间的并联谐振，同时提高了滤波效果。除了对电容器分组调节以外，对于负载波动频繁的场合，采用动态补偿及滤波装置是最佳的解决方案。7.4 滤波回路的选择 选择滤波回路有以下两个原则: a)主要用于吸收谐波，降低电网电压畸变，基波无功补偿居次要位置。 b)提高电网功率因数，同时吸收谐波，电容器容量按无功补偿的要求配置。 7.5 滤波回路的效应 在谐振频率下滤波回路仍然具有电阻，因此会产生

39、损耗。图6原理图中忽略了所有其他负载，包括电缆电容，但并不影响计算准确度。 电容器容量越小，谐振曲线越陡，一旦失谐，会有大量谐波电流进入电网。电容器容量越大，滤波效果也越好。 品质因数改变时谐振曲线只在特征谐波附近变化，在滤波器调谐频率与谐波频率相等或相近的情况下，品质因数越高，滤波效果越好。考虑到电容器和电抗器制造技术和费用等条件，品质因数一般在3080之间。 谐波分流特性只适用于谐波源和滤波器稳定状态，在谐波源(例如可逆轧机传动)动态变化过程中，谐波电流的每次改变均会引起滤波器震荡，滤波器回路电阻越大(品质因数越小)，则震荡时间越短，但滤波效果要降低。对于频繁变化的谐波源负载，在过渡过程期

40、间，电网要承受较大的谐波电流。 7.6 电网分析与计算 设计补偿装置和滤波回路时，除了计算选择元器件参数外，对于特定的供电系统还需要进行具体电网分析，模拟出设备投入后预期的效果。电容器常见故障的预防措施随着农村电气化建设事业的发展，静止并联电容器作为电网无功补偿的补偿元件，在农村供电网络中的使用也越来越多。为了降低农村补偿电容器的损坏率，可采取如下预防措施： 1加强巡视、检查、维护 并联电容器应定期停电检查，每个季度至少1次，主要检查电容器壳体、瓷套管、安装支架等部位是否有积尘等污物存在，并进行认真地清扫。检查时应特别注意各联接点的联接是否牢固，是否松动；壳体是否鼓肚、渗(漏)油等。若发现有以

41、上现象出现，必须将电容器退出运行，妥善处理。2控制运行温度在正常环境下，一般要求并联电容器外壳最热点的温度不得大于60，否则，须查明原因， 进行处理。3严格控制运行电压 并联电容器的运行电压，必须严格控制在允许范围之内。即并联电容器的长期运行电压不得大于其额定电压值的10%，运行电压过高，将大大缩短电容器的使用寿命。随着运行电压的升高，并联电容器的介质损耗将增大，使电容器温度上升，加快了电容器绝缘的老化速度，造成电容器内绝缘过早老化、击穿而损坏。此外，在过高的运行电压作用之下，电容器内部的绝缘介质会发生局部老化，电压越高，老化越快，寿命越短。并联电容器长期运行电压若高于其额定电压的20%，其使

42、用寿命将是正常情况的0.3倍左右。 所以，应根据当地电网运行电压的实际情况，合理选择额定电压值，使其长期运行电压不大于电容器额定电压值的1.1倍，当然实际运行电压过低也是十分不利的，因为并联电容器所输出的无功功率是与其运行电压的平方成正比的。若运行电压过低，将使电容器输出的无功功率减少，无法完成无功补偿的任务，失去了装设并联补偿电容器应起的作用。所以在实际运行中，一定要设法使并联电容器的运行电压长期保持在其额定电压的95%105%，最高运行电压不得大于其额定电压值的110%。4防止谐波 在电网中有许多谐波源存在，如果在设置并联电容器的网点处谐波过大，若直接投入并联电容器，往往会使电网中的谐波更

43、大，对并联电容器的安全造成极大的威胁。 采取装设串联电抗器的方法，能够有效地抑制谐波分量及涌流的发生，对保证并联电容器的安全运行具有明显的效果。有条件的地方应事先对并联电容器安装处的谐波分量进行测试，并根据测试结果确定所需安装的串联电抗器容量。 串联电抗器的设置容量，也可根据所装设的并联电容器容量直接确定。一般情况是对5次以上的谐波按并联电容器容量的6%选取，而对3次以上的谐波则应按并联电容器容量的12%选取。另外，对仅考虑抑制5次以上谐波放大问题的场所(即电抗器容量为电容器容量的6%)，还应注意防止对3次谐波的放大问题，以保证并联电容器的安全运行。5正确选用投(切)开关断开并联电容器时，由于

44、开关静、动触头间的电弧作用，将会引起操作过电压产生，除了要求将投(切)开关的容量选得比并联电容器组的容量大35%左右以外，还必须是触头间绝缘恢复强度高，电弧重燃性小，灭弧性能好的断路器。6装设熔断器保护 应对每个单台电容器设置熔断器保护，要求熔丝的额定电流不得大于被保护电容器额定电流的1.3倍，这样可避免某台电容器发生故障时，因得不到及时切除而引起群爆事故的发生。7对不正常运行工况及时处理在运行中发现并联电容器出现鼓肚、接头发热、严重渗(漏)油等异常情况，必须将其退出运行。对已发生喷油、起火、爆炸等恶性事故，应立即进行停电检查，查明事故原因进行处理后，方可更换新电容器继续运行。电炉利用电热效应

45、供热的冶金炉。电炉设备通常是成套的,包括电炉炉体,电力设备（电炉变压器、整流器、变频器等），开闭器，附属辅助电器（阻流器、补偿电容等），真空设备，检测控制仪表（电工仪表、热工仪表等），自动调节系统，炉用机械设备（进出料机械、炉体倾转装置等）。大型电炉的电力设备和检测控制仪表等一般集中在电炉供电室。同燃料炉比较，电炉的优点有：炉内气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产品质量好等。冶金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。19世纪末出现了工业规模的电炉，20世纪50年代以来，由于对高

46、级冶金产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降，电炉在冶金炉设备中的比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、 感应炉、 电弧炉、等离子炉、电子束炉等。电阻炉 以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。按电热产生方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。在直接加热电阻炉中，电流直接通过物料，因电热功率集中在物料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。这种电阻炉可以把物料加热到很高的温度，例如碳素材料石墨化电炉，能把物料加热到超过2500。直接加热电阻炉可作成真空电阻加热炉或通保护气体电阻加热炉，在粉末冶金中，常用于烧结钨、钽、铌等制品。采用这种炉子加热时应注意：为使物料加热

47、均匀，要求物料各部位的导电截面和电导率一致；由于物料自身电阻相当小，为达到所需的电热功率，工作电流相当大，因此送电电极和物料接触要好，以免起电弧烧损物料，而且送电母线的电阻要小，以减少电路损失；在供交流电时，要合理配置短网，以免感抗过大而使功率因数过低。大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体,称为电热体，由它把热能传给炉中物料（图1 间接加热电阻炉）。这种电炉炉壳用钢板制成，炉膛砌衬耐火材料，内放物料。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。根据需要，炉内气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。一般电源电压220伏或380伏，必要时配置可调节电

48、压的中间变压器。小型炉（10千瓦）单相供电，大型炉三相供电。对于品种单一、批料量大的物料，宜采用连续式炉加热。炉温低于700的电阻炉,多数装置鼓风机，以强化炉内传热，保证均匀加热。用于熔化易熔金属（铅、铅铋合金、铝和镁及其合金等）的电阻炉，可做成坩埚炉；或做成有熔池的反射炉，在炉顶上装设电热体。电渣炉是由溶渣实现电热转变的电阻炉（见电渣重熔）。感应炉 利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔化的电炉。感应炉的基本部件是用紫铜管绕制的感应圈。感应圈两端加交流电压，产生交变的电磁场，导电的物料放在感应圈中,因电磁感应在物料中产生涡流,受电阻作用而使电能转变成热能来加热物料；所以，也可认为感应电热是一

49、种直接加热式电阻电热。感应电热的特点是在被加热物料中转变的电热功率（电流分布）很不均匀，表面最大，中心最小，称为趋肤效应。为了提高感应加热的电热效率，供电频率要合宜，小型熔炼炉或对物料的表面加热采用高频电，大型熔炼炉或对物料深透加热采用中频或工频电。感应圈是电感量相当大的负载，其功率因数一般很低。为了提高功率因数，感应圈一般并联电容器，称为补偿电容。感应圈和物料之间的间隙要小，感应圈宜用方形紫铜管制作，管内通水冷却，感应圈的匝间间隙要尽量小，绝缘要好。感应加热装置，主要用于钢、铜、铝和锌等的熔铸，加热快，烧损少，机械化和自动化程度高，适合配置在自动作业线上。工业上应用的感应熔化炉有坩埚炉(无芯

50、感应炉)和熔沟炉(有芯感应炉),见图2感应炉炉体结构示意。坩埚用耐火材料或钢制成，容量从几公斤到几十吨。其熔炼特点是坩埚中熔体受电动力作用，迫使熔池液面凸起，熔体自液面中心流向四周而引起循环流动。这种现象称为电动效应，可使熔体成分均匀，缺点是炉渣偏向周边，覆盖性差。与熔沟炉比较，坩埚炉操作灵活，熔炼温度高，但功率因数低，电耗较高。熔沟炉的感应器由铁芯、感应圈和熔沟炉衬组成，熔沟为一条或两条带状环形沟，其中充满与熔池相联通的熔体。在原理上，可以把熔沟炉看作是次级只有一匝线圈而且短路的铁芯变压器。感应电流在熔沟熔体中流动，而实现电热转变。生产中，每炉金属熔炼完毕后,不能把熔池放空,不然容易干枯，一

51、定要保留一部分熔体作为下一炉的起熔体。熔沟温度比熔池高，又承受熔体流动的冲刷，所以熔沟炉衬容易损坏，为便于维修，现代炉子的感应器制成便于更换的装配件。熔沟炉的容量从几百公斤到百余吨。熔沟炉供工频电，由于有用硅钢片制作的铁芯作磁通路，电效率和功率因数都很高。熔沟炉主要用于铸铁、铜、锌、黄铜等的熔化，还可作为混熔沪，用来贮存和加热熔体。电弧炉 利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉（图3电弧炉类型）。按加热方式分为三种类型:间接加热电弧炉。电弧在两电极之间产生，不接触物料，靠热辐射加热物料。这种炉子噪声大,效率低,渐被淘汰。直接加热电弧炉。电弧在电极与物料之间产生，直接加热物料；炼钢三相电弧炉是最

52、常用的直接加热电弧炉（见电弧炉炼钢）。埋弧电炉，亦称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料；常用于冶炼铁合金（见铁合金电炉），熔炼冰镍、冰铜（见镍、铜），以及生产电石（碳化钙）等。真空电弧炉是在抽真空的炉体中用电弧直接加热熔炼金属的电炉。炉内气体稀薄，主要靠被熔金属的蒸气发生电弧，为使电弧稳定，一般供直流电。按照熔炼特点，分为金属重熔炉和浇铸炉。按照熔炼过程中电极是否消耗（熔化），分为自耗炉和非自耗炉，工业上应用的大多数是自耗炉。真空电弧炉用于熔炼特殊钢、活泼的和难熔的金属如钛、钼、铌（见真空冶金）。电弧电热可以认为是弧阻电热。电弧（弧阻）稳定是

53、炉子正常生产的必要条件。交流电弧炉通常采用工频电,为使电弧稳定,炉子供电电路中要有适当的感抗，但是存在感抗会降低功率因数和电效率。降低电流频率是发展交流电弧炉的途径。弧阻阻值相当小，为获得必要的热量，炉子需要相当大的工作电流，因此炉子短网的电阻要尽量小,以免电路损耗过大。对于三相电弧炉,要使三相的阻抗接近一致，以免三相负荷不平衡。等离子炉 利用工作气体被电离时产生的等离子体来进行加热或熔炼的电炉。产生等离子体的装置，通常叫作等离子枪，有电弧等离子枪和高频感应等离子枪两类。把工作气体通入等离子枪中，枪中有产生电弧或高频(520兆赫)电场的装置,工作气体受作用后电离，生成由电子、正离子以及气体原子

54、和分子混合组成的等离子体。等离子体从等离子枪喷口喷出后，形成高速高温的等离子弧焰，温度比一般电弧高得多。最常用的工作气体是氩，它是单原子气体，容易电离，而且是惰性气体，可以保护物料。工作温度可高达20000;用于熔炼特殊钢、钛和钛合金、超导材料等。炉型有配置水冷铜结晶器炉、 中空阴极式炉、 配置感应加热的等离子炉、有耐火材料炉衬的等离子炉等（见等离子冶金）。电子束炉 用高速电子轰击物料使之加热熔化的电炉（图4电子束炉示意）。在真空炉壳内,用通低压电的灯丝加热阴极，使之发射电子，电子束受加速阳极的高压电场的作用而加速运动，轰击位于阳极的金属物料，使电能转变成热能。因为电子束可经电磁聚焦装置高度密集，所以可在物料受轰击的部位产生很高的温度。电子束炉用于熔炼特殊钢、难熔和活泼金属。