論飽和電抗器在鋁電解整流供電的應(yīng)用

【摘? 要】結(jié)合鋁電解整流供電系統(tǒng)的發(fā)展情況，重點(diǎn)探討了飽和電抗器的原理以及工作特點(diǎn)，并重點(diǎn)從多個(gè)角度分析了穩(wěn)流控制系統(tǒng)中所涉及到的相關(guān)內(nèi)容，希望對(duì)于今后飽和電抗器為主的穩(wěn)流控制系統(tǒng)的應(yīng)用有所幫助。

【關(guān)鍵詞】飽和電抗器;鋁電解;整流供電系統(tǒng);穩(wěn)流控制系統(tǒng)

引言

對(duì)于電解鋁生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，電能則是非常重要的能源，其中，直流電的成本大約為總成本的三成左右。在具體的工作實(shí)踐中，不僅利用直流電所帶來(lái)的熱能能融化冰晶石，并保持規(guī)范要求的溫度，而且還能產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，符合鋁電解的生產(chǎn)要求。結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)的大型整流設(shè)備的發(fā)展情況，除了部分采用先進(jìn)的可控硅整流裝置外，大部分都是選擇多相二極管整流方案，在這樣的情況下，如果存在著電壓波動(dòng)以及陽(yáng)極效應(yīng)的影響，則會(huì)造成電解穩(wěn)定性受到影響，大幅度提升能耗。為了滿足技術(shù)發(fā)展的要求，則應(yīng)對(duì)二極管整流器的恒流控制的方案。

1. 飽和電抗器

對(duì)于飽和電抗器進(jìn)行分析，其主要通過(guò)較小的直流功率來(lái)實(shí)現(xiàn)較大交流負(fù)載的有效控制。在這樣的情況下，其通過(guò)實(shí)現(xiàn)和負(fù)載的串聯(lián)，能滿足相應(yīng)系統(tǒng)中負(fù)載的功率、電流的調(diào)節(jié)。從這個(gè)角度來(lái)看，飽和電抗器則是具有非線性的可控制的阻抗。對(duì)于飽和電抗器的基本工作原理來(lái)說(shuō)，交流電路的電抗主要是通過(guò)直流繞組電流來(lái)進(jìn)行控制以及改變。通過(guò)相關(guān)的理論公式可以看出，結(jié)合系統(tǒng)中磁路L和匝數(shù)N的要求下，交流線圈的電感量則是和磁路鐵芯的磁導(dǎo)率具有正比關(guān)系。這樣為了有效進(jìn)行交流線圈的電感的改變，則是通過(guò)磁導(dǎo)率的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而能滿足相應(yīng)系統(tǒng)中的電流以及電抗器的容量根據(jù)相關(guān)要求來(lái)進(jìn)行設(shè)定。考慮到鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率屬于非常數(shù)的情況，一般來(lái)說(shuō)，磁導(dǎo)率則是由于鐵芯飽和而呈現(xiàn)出減少的情況，其中，相應(yīng)的飽和情況則是借助于直流繞組的勵(lì)磁電流la的方式來(lái)得以體現(xiàn)。從上述分析的過(guò)程中可以看出，直流電流則是能有效對(duì)于交流輸出電流進(jìn)行控制，其中，直流繞組則是體現(xiàn)出控制性的特點(diǎn)，而將交流繞組視為工作繞組。

其中，電抗器主要涉及到正偏繞組、負(fù)偏繞組等內(nèi)容，結(jié)合工作的實(shí)際特點(diǎn)來(lái)看，一般情況下，電抗器工作繞組中則具有較為固定的電流方向，同時(shí)，負(fù)偏繞組中的電流則具有相反的電流方向。通過(guò)進(jìn)一步保障負(fù)偏繞組中的電流得到提升，這樣就會(huì)造成飽和電抗器的飽和角有所提升，能有效實(shí)現(xiàn)整流橋輸出直流電壓的減小要求，意味著減少直流電流的情況。

在電解效應(yīng)的情況下，這樣則會(huì)由于存在著電解直流電壓升高或者電網(wǎng)電壓下降的情況，從而能導(dǎo)致造成電抗器控制電流得到相應(yīng)的減小，相應(yīng)的電抗器飽和角也會(huì)進(jìn)一步降低，從而能引發(fā)相應(yīng)的降低三相整流橋的換相角延遲，增加整流系統(tǒng)的輸出電壓，滿足相應(yīng)的調(diào)節(jié)需求。

2. 穩(wěn)流控制系統(tǒng)

2.1單臺(tái)整流機(jī)組穩(wěn)流控制

將整流機(jī)組A，B兩臺(tái)飽和電抗器的負(fù)偏繞組串聯(lián)起來(lái)，形成控制繞組，其上加控制電壓，構(gòu)成電抗器控制回路，流過(guò)的電流為控制電流It，It用來(lái)調(diào)節(jié)整流裝置的輸出電流。

在A臺(tái)電抗器的正偏繞組加固定電壓，形成正偏電流IP，以增加電抗器調(diào)壓深度。在B臺(tái)電抗器的正偏繞組加可變電壓，形成平衡電流，以達(dá)到A，B兩臺(tái)整流裝置平均分擔(dān)負(fù)荷的目的，防止兩裝置之間由于負(fù)荷分擔(dān)不均勻而造成的過(guò)負(fù)荷事故。

（1）穩(wěn)流控制。

在進(jìn)行穩(wěn)流控制的過(guò)程中，則是通過(guò)整流柜的直流輸出電流在一定的變換要求下構(gòu)建反饋，通過(guò)相應(yīng)給定電流的比較，從而能保障滿足PLC中的比較電壓，并經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的輸出電流的改變，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的整流裝置的調(diào)節(jié)要求。在此過(guò)程中，主要是在電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)的情況下，存在著槽電壓上升，造成電解電流下降的情況，再加上PID調(diào)節(jié)器的作用，則會(huì)造成IGBT的導(dǎo)通角變小而造成降低了輸出電壓的情況，這樣就會(huì)造成相應(yīng)的變小的鐵芯的飽和角情況，能有效增加相關(guān)的整流裝置輸出電流，滿足恒定的電解電流的要求。

（2）平衡控制。

對(duì)于平衡控制分析，其基本原理大致相似，但存在著給定信號(hào)與反饋信號(hào)不同的不同情況。具體的調(diào)節(jié)過(guò)程如下，對(duì)于B臺(tái)整流裝置的輸出電流而超過(guò)A臺(tái)整流裝置的輸出電流的情況下，則會(huì)存在著相應(yīng)的B臺(tái)電抗器中整篇電流的降低，考慮到相應(yīng)的交流電流方向相同的特點(diǎn)，這樣就會(huì)減弱正偏電流的增磁作用，從而實(shí)現(xiàn)降低B臺(tái)整流裝置的輸出電流的預(yù)期要求，從而滿足相應(yīng)的兩者之間的負(fù)荷分擔(dān)的平衡作用。

（3）飽和深度控制。

通過(guò)實(shí)現(xiàn)單相整流橋的輸出電壓作用于A臺(tái)電抗器的正偏繞組過(guò)程中，這樣就可以構(gòu)成相應(yīng)的固定偏移電流的情況，能從實(shí)際過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)磁滯回線的橫軸下移，從這個(gè)角度來(lái)看，能保障實(shí)現(xiàn)飽和電抗器調(diào)壓深度增加的作用。

2.2電解系列穩(wěn)流控制

為進(jìn)一步符合系列直流電流的穩(wěn)定性的要求，以及符合同步多臺(tái)整流機(jī)組的調(diào)節(jié)情況，大都是進(jìn)行電流穩(wěn)流總調(diào)的合理化控制，結(jié)合相應(yīng)的傳感器得到反饋信號(hào)，并將進(jìn)行相關(guān)的總調(diào)PLC分析，比較設(shè)定電流，開(kāi)展PID的運(yùn)算工作，這樣就能有效實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的穩(wěn)流的分調(diào)作用，保障實(shí)現(xiàn)送到相應(yīng)的各個(gè)機(jī)組PLC。

一般來(lái)說(shuō)， 飽和電抗器的控制深度在60V的范圍，當(dāng)出現(xiàn)飽和或截止的情況下，則沒(méi)有調(diào)節(jié)電壓的作用，通過(guò)有效的延時(shí)后總調(diào)PLC的作用，能結(jié)合實(shí)際滿足相應(yīng)的調(diào)壓范圍的擴(kuò)大，更好地保障在電網(wǎng)變動(dòng)較大情況下的穩(wěn)定要求。

3 .結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合鋁電解整流供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，飽和電抗器為主的穩(wěn)流控制系統(tǒng)具有較為廣泛的應(yīng)用空間，能進(jìn)一步保障實(shí)現(xiàn)電解直流電流的平穩(wěn)度得以提升，還能有助于實(shí)現(xiàn)電解電流效率的全面增強(qiáng)，符合穩(wěn)定電解槽的工藝技術(shù)發(fā)展的相關(guān)要求。

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作者簡(jiǎn)介：蘇廣（1982.09-），內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，注冊(cè)安全工程師，中級(jí)工程師，本科，電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)，中電投（內(nèi)蒙古西部）新能源有限公司生產(chǎn)技術(shù)部副主任，生產(chǎn)及工程建設(shè)管理。