工频感应加热炉的相平衡及功率因数补偿.docx

工频感应加热炉的相平衡及功率因数补偿【摘要】一本文主要论述了单相工频感应加热炉的功率因数如何补偿和相平衡器的选 择问题，并以详实的例子加以具体分析和计算依照此原那么在现场得到了好的调 试效果关键词】 工频感应加热炉 相平衡 功率因数一・引言感应加热因其具有加热速度快，功率密度高，时间和温度控制精确，以及作 业环境清洁等优点，已成功地应用于冶金等行业感应加热作为一种非常有效的 生产工艺，有很好的市场前景工频感应加热炉的控制系统原理框图如下：二.设计工频感应加热炉电气控制局部的设计，是建立在交流电、电气控制、测量、 仪表、电磁波等理论基础上的众所周知，感应电炉是一种具有较大感抗的用电 设备，它吸收了较大的无功功率，所以自然功率因数极低，但随着被加热铝锭温 度的不同也有所不同感应加热炉的自然功率因数COS0.15〜0. 4对工频感应加热的设计，除电气控制及仪表控制、测量、显示等以外，关键 在于功率因数的补偿和相平衡器的选择因为不采取措施提高电炉的COS @既不 合理又不经济现就以2200吨挤压机工频感应铝锭加热炉的功率因数补偿和相平衡器的选 择为例，对单相工频感应加热炉加以研究和讨论此感应炉是与挤压建筑型材的挤压机配套使用的铝锭加热炉，炉子额定功率 为510KW,额定电压为380V,自然功率因数为0.3249,单相，频率50HZ。

一）补偿电容器的选择在电容器中，电流近似超前电压90故电容器的功率可视为纯无功功率 电容器的这一性能被广泛用来改善感应炉的功率因数其方法是把电容器并联到 感应电炉的感应器两端其接线图如下：电炉可视为具有集中参数为电感L和电阻R的串联电路,当没有电容补偿时, 电网供给电炉的电流IDL,滞后电压U的相角为IDL可分为两个分量：一个是 与电压U同相位的有功电流la, 一个是滞后电压90°的电感电流II,有功电流 la与电压的乘积，P二Ula二UIdlCOS就是电炉从电网吸收的有功功率，无功电 流II与电压的乘积Pl=UlL=UlDLSin@,就是电炉从电网吸收的无功功率电炉电抗Xl=3L远大于R, lL»Ia,因此感应电炉的功率因数很低如果在电炉感应线圈两端并联电容C后，在电压的作用下，电容支路的电流 Ic超前电压90° ,电源供给电流I是电炉和电容器两支路电流之和，I=lDL+IC, 而Idl的无功分量II和Ic相位正好相差180所以II和Ic在数量上相减这 就把电炉的无功电流补偿掉了如下列图：当电容电流ic=il时，为电流谐振谐振时cosen1 .补偿后功率因数值的决定感应炉的功率因数补偿到多少合适，要依据炉子的结构形式不同而有差异,对于带相平衡器的工频感应加热炉功率因数须补偿到1.0,即cosen.o。

2 .补偿容量的计算如果感应电炉的有功功率P和补偿前的功率因数cos @ ,将功率因数 提高到1,所需补偿的无功功率PC可按下式计算：Pc=Ptg(b该感应加热炉：P=510KW, COS =0. 3249, tg(b=2. 911Pc=Ptg .Pc(380)=510x2. 911=1484. 61KVAr.电容器的选择由于电炉的电压往往和电容器的额定电压不相等，因此电容器输出的容量和 额定容量也不相等，在实际使用电压下，电容器的容量为：Pc=QhQh：电容器的额定容量(400V时)Uh：电容器的额定电压(400V)U ：实际使用电压 (380V)如果使用电压低于电容器额定电压时，电容器输出容量那么大大降低，与电压 的平方成正比，因此在选择电容器时，应尽量使额定电压等于或稍稍大于使用电 压所以:C(400TQh = Pc^=[386) xPc« = 1644-"77nzAr取 1645KVAro将这些电容分为固定局部和可调局部可调局部分为三档：第一档接一个lOKVAr电容lOKVAr第二档接二个lOKVAr电容20KVAr第三档接三个lOKVAr电容30KVAr固定局部接：1645- (10+20+30) =1585KVAr(二)相平衡器的选择该炉子采用电抗器一一电容器平衡的方法。

相平衡器是由平衡电容器，平衡电抗器和经过电容补偿的工频电炉按一定接 线组合而成这样就能把单相负荷匹配成三相对称负荷，改善了供电质量1.相平衡的条件电源的相序必须接成“正相序”，平衡三角形接于电网的接法也必须正确 即单相电炉(补偿后的)可接于任意线电压上，那么平衡电容器必须接于相位滞后 的线电压上，而平衡电抗器必须接于相位超前的线电压上根据此原那么电炉接A、 B相，平衡电容器就必须接B、C相，而平衡电抗器就必须接入C、A相，如下列图所示:所示:电源正相序相平衡器接线原理三相电网在单相负载下的对称运行图当COS“二1时; 平衡电容器的容量Qc和平衡电抗器的容量Ql满足:所以该电炉平衡电抗器为: 额定电压：~380V 额定容量：lOKVAr20KVAr考虑 6%的余量:Ql=294. 46x1. 06=312. 12KVAr 取 315KVAr平衡电容器为：Qc=Qi=315KVArQc (400)=349 . 03KVAr取 350KVAr分为固定局部和可调局部：可调局部： 一档 10 /2=5KVAr二档 三档固定局部:350- (5+10+20) =315KVAro三相平衡后：a. Ia=Ib=Ic=I 且相位差120°b. Ia=Ibc即供电电源电流和平衡电容器那相的电流完全一致。

Ibc=Qc/U=Ia如下列图所示：因为功率因数等于1时，电炉补偿电容的电容电流I容等于电感电流I感即I容二1感二Pc/U此时为谐振状态I谐=Pc/U三相负载平衡后，且功率因数为1,对电源来说就好象是阻性负载一样三.结论感应加热控制系统设计的关键就在于补偿电容器、平衡电容器和平衡电 抗器的选择通过现场调试，设备运行良好，满足工艺要求，对电网未造成 不利影响。