本質的に、誘導炉は、大型の非線形負荷であるため、主に重大な電力品質問題を引き起こします。標準的な系統周波数を溶解に必要な高周波に変換するために使用されるパワーエレクトロニクスは、電流をスムーズに引き込むのではなく、歪んだパルスで引き込むため、高調波歪み、低力率、および電圧変動が発生し、電力系統や近くの機器を混乱させる可能性があります。
中心的な問題は、炉の溶解プロセス自体ではなく、それに電力を供給する電力変換段階です。炉の動作に不可欠な整流器およびインバーターシステムが、管理すべき電気的妨害の主要な原因です。
根本原因：電力変換エレクトロニクス
誘導炉は、系統電力を直接使用することはできません。電力会社からの標準的な50/60 HzのACを、金属チャージに熱を誘導するために必要な中周波または高周波AC（150 Hzから10,000 Hz）に変換する電源が必要です。この変換プロセスが、ほぼすべての電力品質問題の原因となります。
整流器の役割
変換の最初のステップは整流器であり、入力AC電力をDC電力に変換します。ほとんどの大型炉は、サイリスタ（SCR）で構築された位相制御整流器を使用しています。
これらのデバイスは、入力AC電圧波形を「チョッピング」することで炉の電力を制御します。各サイクルの一部のみを導通させるため、電流は滑らかな正弦波ではなく、短く鋭いパルスで引き込まれます。
高調波歪みの原因
このパルス状の非正弦波電流引き込みは、高調波歪みの定義です。歪んだ電流波は、基本周波数（50/60 Hz）と複数の整数周波数（100/120 Hz、150/180 Hzなど）で構成されています。
これらの高調波電流は電力系統に逆流し、同じ回路上のすべてのユーザーの電圧を歪ませます。標準的な6パルス整流器にとって最も問題となる高調波は、5次、7次、11次、13次です。
力率の二重の問題
誘導炉は、2つの方法で力率を低下させ、結果として0.80を下回る非常に低い全体力率となります。
- 変位力率：サイリスタ制御により、電圧と基本電流の間に位相遅れが生じ、変位力率が低下します。
- 歪み力率：高調波電流の存在は、すべての電流が有効な仕事をしていないことを意味し、歪み力率を低下させます。
電力会社は、低力率に対して多額の金銭的ペナルティを課すことがよくあります。これは、消費される有効電力（kW）よりも多くの皮相電力（kVA）を供給せざるを得なくなり、インフラストラクチャに負担がかかるためです。
電圧低下とフリッカー
炉の溶解サイクルには、電力需要の大規模かつ急激な変化が伴います。大量のチャージが追加されたり、炉が最初に起動されたりすると、膨大な突入電流が引き込まれます。
この突然の大きな電流引き込みは、ローカルグリッドに一時的な電圧降下、つまりサグを引き起こします。これらの電力変動が頻繁かつ周期的に発生すると、電圧フリッカーとして知られる現象を引き起こし、照明の脈動として目に見え、敏感な電子機器を妨害する可能性があります。
結果の理解
これらの電力品質問題を無視することはできません。目に見える運用上および財政上の問題につながるためです。
過熱と機器の故障
高調波電流は、変圧器、導体、モーターに追加の加熱を引き起こします。この過剰な熱は、絶縁の劣化を加速させ、機器の早期かつ予期せぬ故障につながる可能性があります。
敏感な電子機器の誤動作
現代の産業プラントは、PLC、コンピューター、可変周波数ドライブ（VFD）に依存しています。高調波によって引き起こされる電圧歪みは、ロジック障害、データ破損、およびこれらの重要な制御システムの完全なシャットダウンにつながる可能性があります。
電力会社のペナルティとコンプライアンス問題
ほとんどの電力会社は、顧客がグリッドに注入できる高調波歪みの量に厳格な制限を設けています（例：IEEE 519規格）。これに従わない場合、多額の罰金が科せられたり、接続解除の脅威にさらされたりする可能性があります。
共振の重大なリスク
一般的な誤った解決策は、単に力率改善コンデンサを追加することです。電力会社の変圧器のインダクタンスとこれらのコンデンサを組み合わせると、共振回路が形成されます。この回路の共振周波数が、炉の主要な高調波（5次や7次など）の1つに近い場合、高調波電流が大幅に増幅され、コンデンサやその他の機器の壊滅的な故障につながる可能性があります。
これをプロジェクトに適用する方法
適切な軽減戦略は、予算、運用の規模、および電力会社の要件の厳しさによって異なります。
- 予算内で基本的な電力会社の要件を満たすことに重点を置く場合：力率を改善し、最も問題のある高調波との共振を回避するように設計された、デチューン型受動高調波フィルターのシステムを検討してください。
- 敏感な機器を保護し、稼働時間を最大化することに重点を置く場合：アクティブ高調波フィルター（AHF）は優れたソリューションであり、広範囲の高調波電流を動的にキャンセルしてクリーンな電力を確保します。
- 新しい大規模な設備を設計する場合：12パルスまたは24パルス整流器を備えた炉を指定してください。これは、主要な低次高調波を発生源で本質的にキャンセルし、外部フィルタリングの必要性を大幅に削減します。
誘導炉の電力品質を積極的に管理することは、施設全体の信頼性と効率性への直接的な投資です。
要約表：
| 電力品質問題 | 主な原因 | 主な結果 |
|---|---|---|
| 高調波歪み | 整流器からの非線形電流引き込み | 機器の過熱、敏感な電子機器の妨害 |
| 低力率 | 位相遅れと高調波電流 | 電力会社のペナルティ、非効率な電力使用 |
| 電圧フリッカー/サグ | 電力需要の急激で大きな変化 | 目に見える照明の脈動、機器の誤動作 |
施設の電力品質を保護し、稼働時間を確保してください。誘導炉からの高調波歪みや電圧フリッカーなどの電力妨害は、高価な機器の故障や電力会社のペナルティにつながる可能性があります。KINTEKは、産業用および研究用ラボの正確な電力ニーズに対応するラボ機器と消耗品を専門としています。当社の専門家は、お客様の特定の炉とコンプライアンス要件に合わせて、受動フィルターからアクティブ高調波ソリューションまで、適切な軽減システムを選択するお手伝いをいたします。電力品質の問題が重要なプロセスを妨げないように、今すぐお問い合わせください。お客様のラボの電力が結果と同じくらい信頼できるものであることを保証します。
