无功补偿改造技术方案.docx

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无功补偿改造技术方案

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

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

cosΦ=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-cosΦ/cosΦ）X100%得出其中

cosΦ为补偿后的功率因

数,cosΦ为补偿前的功率因数则

cosΦ>cosΦ,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

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

。

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，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

COSa

0.195

0.292

0.40

0.585

0.779

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

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=6917256.192（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