高频焊接设备配电系统无源滤波系统的设计

1、高频焊机系统谐波状况简介

变压器容量:S11-M-1600/10KVA(10±5%)/0.4KV    短路阻抗:3.9%

谐波负载情况:一台600KW高频焊接设备

型号:GGP600-0.3-HC

输入电压:380V

输出电压:0-15KV

功率:600KW

谐波超标情况:

        经测试,高频焊接设备在正常焊接过程中,在配变10KV侧的主导谐波电流是5次特征谐波,7、11、13、17和25次也比较严重。低电压侧基波电流I=943A,功率因数约为0.88。5次谐波电流最大值达95%概率值为I5=127A,7次谐波电流95%概率值为78A,11次谐波电流46A,13次谐波电流42A等。高次谐波电流严重,故对电网造成严重的谐波污染和干扰影响,威胁到电网设备的安全运行。

2、设计计算

⑴确定滤波器的无功功率:

        由于该系统多次谐波超标,其中5次为典型谐波电流,故可采用无源加有源滤波器的方案来治理谐波及提高功率因数。系统正常运行时,功率因数为0.88,为达到供电部门的要求,并提高变压器的工作效率,需将功率因数提高到0.95以上。则需要提供的基本无功功率为:

该系统设计一个5N滤波回路滤除部分5次谐波,并将功率因数提高到0.95,其余多次谐波采用有源滤波的方案来治理。

(2)计算电容电抗、计算电压和电流方均根值、计算电容和电感参数

3、仿真分析

        加入单调谐无源滤波仿真如下图:

4、谐波治理前后的波形对比分析

        以下为对加入了参数合适的LC滤波器的原电路进行谐波仿真所得结果。根据此设备的技术资料,当输入为三相线电压380V,负载为正常的小感性负载时,仿真所得的高频焊机进线交流侧电流波形如下:

        由图6-2中的波形可以看出,在加入了参数适当的LC无源滤波器之后,电源线电流的波形得到了明显的改善,已经由原来的不规则的方波变成了近似于正弦波。而图6-3则更清楚地显示电源线电流的各次谐波的大小有较大程度的降低,电源线电流的THD值也由原来图(a)的30%以上降到了图(b)的11%左右。 

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