中频炉专用滤波器

技术领域：

    本发明涉及电力系统中用于滤除谐波的滤波装置，尤其涉及中频炉所产

生的高次分数谐波的滤除。

背景技术：

    中频炉所产生的高次分数谐波对电网产生严重的污染，是目前中国农村

电网的主要污染源。

    中频炉产生的谐波包括5次、7次、……等整数次谐波和中频逆变频率

2倍的谐波。由于中频炉的中频逆变频率与电源工频频率无关，因此中频逆

变频率2倍的谐波属于分数次谐波。又由于中频炉的逆变频率远高于工频频

率，因此将这部分谐波称之为高次分数谐波。中频炉产生的谐波成分中主要

是高次分数谐波。高次分数谐波对电网的影响十分严重，而目前使用中频炉

的小钢铁厂在农村星罗棋布，因此成为目前中国农村电网的主要污染源。

    现有的谐波检测仪表大多使用傅立叶变换的方法进行谐波检测，而傅立

叶变换的方法只能用于检测整数次谐波，对分数谐波的检测无能为力，因此

在大多数情况下不能对高次分数谐波进行准确的检测，使高次分数谐波问题

得不到应有的重视。现有的谐波滤波器设计方法是设计若干组整数次谐波滤

波器和一组高通滤波器，而这一组高通滤波器在高频段为平坦的阻抗特性，

对高次分数谐波的滤除效果极差。由于以上原因，往往在中频炉处安装了滤

波器之后，尽管谐波检测的结果符合要求，但电网的污染情况并没有好转。

发明内容：

    本发明的目的是提供一种专门滤除中频炉高次分数谐波的结构简单、成

本较低的滤波器，可以滤除大部分高次分数谐波，使中频炉对电网的污染得

到基本消除。

    本发明使用如下技术方案来实现：

所述的滤波器中包括两组滤波组件，其中一个组件由三相铁心电抗器l

并联电阻3再与电容器2串联构成，电抗器1与电容器2的串联谐振频率选

择在200-500Hz之间，电阻3的值选择在中频炉负荷电阻值的1-3倍之间，

另一组件由三相空心电抗器4与电容器5串联构成，电抗器4与电容器5的

串联谐振频率选择在中频炉高次分数谐波频率的0. 7-1倍之间。

    所述的电抗器4与电容器5组成的滤波组件属于串联带通滤波器，其串

联谐振点调谐于中频炉所产生的高次分数谐波频率（即中频逆变频率的2倍）

附近，由于串联滤波器在谐振点附近的串联阻抗很低，因此可以将大部分高

次分数谐波滤除掉。因为高次分数谐波电流大部分通过这组滤波组件，所以

电抗器4与电容器5的电流容量要按中频炉产生的高次分数谐波总含量来进

行设计。当串联滤波器的电感量小而电容量大时，滤波器的通带较宽，所以

应尽量减少电感量加大电容量，研究结果表明，当电抗器4的电感量选择为

中频炉主变压器漏感量的50%左右时具有最好的效果。由于电抗器4中要流

过很大的谐波电流，其两端的谐波电压也较高，并且电感量较小，因此必须

使用空心电抗器。

    所述的电抗器4与电容器5组成的带通滤波器的串联谐振频率应略低于

高次分数谐波频率。虽然当串联滤波器的谐振频率等于谐波频率时的阻抗最

小，但是仍然需要有适当的谐波电压存在，才能够流过谐波电流，因此电网

中的谐波电压畸变就必然存在。当串联滤波器的谐振频率略低于谐波频率

时，由于中频炉可控硅整流器换向过程的扰动所激励的串联滤波器振荡电流

就与谐波电流的相位接近，因此滤波效果反而更好。研究结果表明，串联滤

波器的谐振频率等于谐波频率的85%左右时，可以取得最好的滤波效果。

    所述的由铁心电抗器1、电容器2、电阻3组成的滤波组件的作用主要

是减少低次谐波放大以及减少中频炉可控硅整流器换向过程对串联带通滤

波器的扰动。电容器2的电容量应与电容器5的电容量接近，电流容量按其

中流过的工频电流的2倍来进行设计。电抗器l的电流容量按电容器2电流

容量80%来进行设计。电阻3的电流容量按电抗器1的电流容量进行设计。

附图说明

图1为本发明所述滤波器实施例原理图

    下面结合附图说明本发明的一种具体实施方式：

    设某中频炉的主变压器为5uOKVA，二次电压为0Zuv，漏感为80uH，负

荷基波电流500A，高次分数谐波电流150A。则本实施例中：电抗器1的电

感量为400pH，电流容量为40A;电容器2的电容量为300u F，电流容量为

50A;电阻3的阻值为1.2Q，电流容量为40A;电抗器4的电感量40uH，

电流容量为150A;电容器5的电容量为300uF，电流容量为150A。