自飽和電抗器對電解穩(wěn)流的作用分析 摘 要：隨著工業(yè)自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，自飽和電抗器在穩(wěn)流控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日趨成熟和廣泛，本文主要介紹自飽和電抗器電解穩(wěn)流控制技術(shù)的作用，該技術(shù)的主要特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定，控制精度高，且具備串口通訊功能，生產(chǎn)運(yùn)行中效果良好。
關(guān)鍵詞：電抗器；自飽和電抗器；電解穩(wěn)流；穩(wěn)流控制技術(shù)
當(dāng)前，穩(wěn)流技術(shù)有兩種，一種是晶閘管，另一種是自飽和電抗器。盡管晶閘管噪音低、損耗小，穩(wěn)流效果好，可人們一直認(rèn)為后一種可靠、穩(wěn)定，而偏愛之。自飽和電抗器在各種調(diào)節(jié)設(shè)備間應(yīng)用廣泛，對能量傳輸與阻抗變換起到了很大的作用，如用來控制電解穩(wěn)流，調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，它具有能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流控制，損耗小和調(diào)節(jié)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，飽和電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景和潛力日益增大。
一、飽和電抗器的工作原理
自飽和電抗器是利用鐵磁物質(zhì)磁化曲線的非線性和飽和特性，較大的交流負(fù)載控制是用較小的直流功率來實(shí)現(xiàn)的一種電器，即在工作時(shí)可根據(jù)其特性鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常數(shù)來完成。由于自飽和電抗器與負(fù)載是串聯(lián)的，可以對負(fù)載的功率和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)際上可以把自飽和電抗器看作是能夠進(jìn)行控制的阻抗，自飽和電抗器也可以認(rèn)為是同時(shí)具有交、直流兩種勵(lì)磁電流的平滑可調(diào)的交流電阻器。
自飽和電抗器的基本工作過程可用鐵磁材料的交流導(dǎo)磁系數(shù)并隨著直流磁場的大小而變化的工作原理來解釋。當(dāng)交流回路電阻Ra 和交流電壓Ua不變時(shí)，交流電流Ia與交流線圈La有關(guān)線圈的電感量公式可以看出，在一定的匝數(shù)N和磁路L下，磁路鐵芯的磁導(dǎo)率μ與交流線圈的電感量成正比。要使交流線圈的電感得到可以通過改變磁導(dǎo)率，這樣就能夠使電抗器和電流的容量發(fā)生改變。而通常情況下，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率不是一個(gè)固定的常數(shù)，一般而言，鐵芯越接近飽和，磁導(dǎo)率就越減小，而要想直流繞組的勵(lì)磁電流Id發(fā)生變化，可以通過改變鐵芯的飽和程度。鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著Id 的增大而增大，電感值是隨著磁導(dǎo)率的減小而減小的，而交流電流Ia反而增大。
二、自飽和電抗器對電解穩(wěn)流的作用分析
1、單臺(tái)整流機(jī)組穩(wěn)流控制
串聯(lián)整流機(jī)組A、B兩臺(tái)自飽和電抗器的負(fù)偏繞，組成控制繞組，其上加控制電壓，最終形成電抗器控制回路，控制電流IK為流過的電流，IK的主要作用是對整流裝置的輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
正偏電流Ip是在A臺(tái)電抗器的正偏繞組加固定電壓之后形成的，目的是增加電抗器調(diào)壓深度。而平衡電流是在B臺(tái)電抗器的正偏繞組加可變電壓后形成的，這樣A、B兩臺(tái)整流裝置就能平均分擔(dān)負(fù)荷，可以避免過負(fù)荷事故的發(fā)生。
1.1自飽和電抗器的穩(wěn)流控制
穩(wěn)流控制的機(jī)理是：首先要形成反饋If，而反饋If是在整流柜的直流輸出電流經(jīng)電流變換后形成的，與PLC中給定電流Ig經(jīng)過相比較之后最終形成比較電壓，經(jīng)過PID運(yùn)算后，比較電壓就能控制PLC輸出脈沖的占空比，就可以使IGBT的輸出電流發(fā)生改變，即電流Ik的控制，是對整流裝置的輸出電流進(jìn)行控制的。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程是：在電解槽內(nèi)陽極效應(yīng)發(fā)生時(shí)，就會(huì)提升槽的電壓，而當(dāng)電解槽的電解電流降低時(shí)，IGBT的導(dǎo)通角在PID調(diào)節(jié)器的作用下而變小，輸出電壓降低，鐵芯的飽和角會(huì)隨著自飽和電抗器控制電流IK的下降而變小，從而導(dǎo)致二極管導(dǎo)通滯后時(shí)間變小，整流裝置電流輸出增加，最后使電解電流達(dá)到恒定。
1.2自飽和電抗器的平衡控制
平衡控制原理圖與穩(wěn)流控制原理圖相同，它們的區(qū)別只在于反饋信號(hào)與給定信號(hào)的不同。平衡控制的機(jī)理是在A臺(tái)自飽和電抗器的正偏電流穩(wěn)定不變的情況下，B臺(tái)整流裝置的輸出電流即為反饋信號(hào)，A臺(tái)整流裝置的輸出即為電流給定信號(hào)，在PLC中進(jìn)行PID運(yùn)算與信號(hào)比較后，控制PLC輸出脈沖的占空比，并使IGBT的輸出電流發(fā)生改變，使B臺(tái)自飽和電抗器的正偏電流得到控制，最終保持A與B 臺(tái)整流裝置的輸出電流始終一致。其調(diào)節(jié)過程是：當(dāng)B臺(tái)整流裝置的輸出電流大于A臺(tái)整流裝置的輸出電流時(shí)，會(huì)降低PLC控制器中比較信號(hào)的電壓，IGBT的導(dǎo)通角經(jīng)PID運(yùn)算后就會(huì)變小，輸出電流下降，即B臺(tái)電抗器的正偏電流下降，而工作繞組的交流電流方向和自飽和電抗器正偏繞組的電流方向相一致，會(huì)相應(yīng)地減弱正偏電流的增磁作用，也會(huì)增大B臺(tái)電抗器鐵芯的飽和角，這樣就會(huì)導(dǎo)致二極管導(dǎo)通滯后時(shí)間變長，B臺(tái)整流裝置的輸出電流減小，最終實(shí)現(xiàn)A、B兩臺(tái)整流裝置平衡控制的目的。
1.3自飽和電抗器的飽和深度控制
要使固定的偏移電流Ip形成，就要將單相整流橋的輸出電壓加到A臺(tái)電抗器的正偏繞組，這樣就可以使自飽和電抗器的動(dòng)態(tài)磁滯回線和動(dòng)態(tài)磁化曲線的橫軸向下移動(dòng)，從而使自飽和電抗器調(diào)的壓深度得到增加。
2、電解系列穩(wěn)流控制
一般來說，某個(gè)電解系列的直流電流在200～500kA，這種電解系列一般是由幾個(gè)整流機(jī)組并聯(lián)供電并且其總直流電流就是這幾個(gè)單機(jī)組輸出電流的總和。為了穩(wěn)定系列直流電流并保持多臺(tái)整流機(jī)組電流調(diào)節(jié)的同步性，通常會(huì)對系列電流穩(wěn)流總調(diào)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)置，從系列直流電流傳感器獲取反饋信號(hào)，反饋至總調(diào)PLC與系列設(shè)定電流進(jìn)行比較和PID運(yùn)算，輸出結(jié)果作為單機(jī)組穩(wěn)流的分調(diào)給定，送至各機(jī)組PLC，實(shí)現(xiàn)系列穩(wěn)流控制，起到穩(wěn)定系列電流的作用。
為了使電解電流得到穩(wěn)定，自飽和電抗器與每臺(tái)機(jī)組主降壓變壓器之間進(jìn)行二次套接，這樣電解電流就可以得到穩(wěn)定，只要在生產(chǎn)過程中控制自飽和電抗器的飽和度就行。自飽和電抗器有一個(gè)控制范圍（即飽和或截止時(shí)將失去穩(wěn)流作用），當(dāng)整流機(jī)組輸出電流超出這個(gè)范圍時(shí)，調(diào)整整流變壓器就會(huì)調(diào)變（即自飽和電抗器在飽和的情況下，在升調(diào)壓變變壓器的作用下供電電壓會(huì)被調(diào)高，而當(dāng)自飽和電抗器截止時(shí)，供電電壓就會(huì)在降調(diào)壓變壓器的作用下被調(diào)低）如此一來，各機(jī)組電流都可以重新恢復(fù)到自飽和電抗器的控制范圍內(nèi)，而從精確控制電解電流。
三、結(jié) 語
自飽和電抗器對電解穩(wěn)流的控制具有重大的作用，由于其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、過載能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，自飽和電抗器也較容易掌握，比較實(shí)用，不僅可以用來提高電解直流電流的平穩(wěn)度，而且可以提高電解電流效率，對穩(wěn)定電解槽的工藝技術(shù)條件影響很大。但是自飽和電抗器所產(chǎn)生的損耗也是很大的，但目前并沒引起國內(nèi)電解行業(yè)的重視。如果各電解廠仍然采用古板教條的方式來實(shí)施穩(wěn)流控制，那么因此產(chǎn)生的浪費(fèi)實(shí)在可惜。
參考文獻(xiàn)
[1]陳柏超.新型可控飽和電抗器理論及應(yīng)用.武漢水利電力大學(xué)出版社.2006
[2]王益考.220kV整流機(jī)組穩(wěn)流控制系統(tǒng)[J].電氣時(shí)代.2004（02）
[3]付新民，李建勇，郭莉莉.數(shù)字式穩(wěn)流控制在鋁電解整流系統(tǒng)中的應(yīng)用. |
