鋁電解整流電源間的環流分析

劉詩鴻

摘要：整流電源之間的環流問題為電力系統帶來了巨大能量消耗，而環流所帶來的母排振動與噪音的問題也為企業造成了更多的電力能源損失和生產生活影響，所以目前國內開始針對于環流的問題進行分析。為了能夠限制環流生成，本文探討環流的主要生成原因，并提出能夠降低電源直流輸出母排振動和噪音的措施。

關鍵詞：鋁電解整流電源;可控硅;觸發角α;環流

1、前言

為了能夠降低能耗，我國對鋁電解直流電源提出了要求，而通過相關研究證明，可控硅整流電源的動態穩流精度較高，起反應速度也很快，所以目前國內將研究精力都放在了可控硅整流電源的研究與改進中。而目前，環流的問題造成了較大的能源損耗，所以為了能夠抑制環流，并降低母排振動以及噪音，本文通過以實際配置情況為案例，對并聯整流電源的環流進行分析，提出相應的解決措施。

2、整流電源基本配置情況

本文以某公司整流電源系統配置情況為例。該公司的整流電源系統配置為通過多臺三相橋式同相逆并聯可控硅整流電源、直降通相逆并聯整流變壓器、濾波器等設備構成，而變壓器的連接方式為曲折接法，其移相分別為±22.5°和±7.5°，在運行的過程中將提供等效24相直流電壓。

3、并聯整流電源的環流分析

3.1? 環流的概念

鋁電解供電系統一般采用的都是將多臺整流電源輸出直流母排并聯的方式，并且其一般并沒有平衡電抗器。所以在這種情況下每臺三相橋式整流電源輸出6 相動脈電壓。當然，在這種情況下其整流電源輸出的電壓平均值并沒有多大的差異，但是該過程脈動波角度差異卻較大，并且其瞬時值各不相同。實際情況中，并聯母排的兩端會存在一定頻率的狡辯電壓，而交流電流將直接在母排上產生，由于整流電源將直接形成回路，這就為這些交流電流提供了通道，所以大多數的交流電流將直接進入該通道而不是負載中，在通道內的交流電流就是環流[1]。

3.2? 環流分析

通過相應的計算可以發現，當整流電源運行的過程中，其交流側輸入電壓有效值的差值將隨著觸發角α 的增加而增大，在保證兩者相位差后，可以發現α 越大，所以引起的環流峰值也就越大，在圖像上將顯示為兩者差值波形無論是正還是負都與時間軸有著一個非常大的聯合區域。當該角度達到90°時，此時的環流最大，并且此時額定電壓也很大，兩臺整流電源交流側輸入電壓有效值的差值達到峰值。以此為背景進行計算可以發現，可以假設可控硅整流電源之間的連接母排電阻為0，分布電感為L，當兩臺整流電源交流側輸入電壓有效值存在差值時，通過計算可以得出環流將隨著L的減小而增大，并且峰值電壓越大其環流越大。

4、抑制環流的措施

可控硅整流電源的一大功能就是其可以自動穩流，并在此過程中會根據實際、給定電流之間的差值來自動改變α，這就使得直流電壓能夠有效的被調節，從而促進電流穩定。在鋁電解系統的運行過程中，因為該系統的電壓值不高，其α 也很大，所以這也就導致了在整流電源之間存在不小的電壓有效值差值。在鋁電解系列中大多都不裝平衡電抗器，而在這種情況中很容易就導致環流的產生，通過上述計算可以發現在額定電壓存在的情況下，其值越高，則環流也就越大。在二極管整流系統中，其α 保持在0°，所以該系統并不存在電壓絕對值差值，或者較小，所以環流也并不大。目前為了能夠降低環流可以采取以下幾點措施。

①將匯流母排的正負極直流連接以及將整流室與整流電源相連接。在連接的過程中要禁止直線連接的情況，并盡量增大分布電感，從而達到抑制環流的目的。

②在實際運行的過程中，要依照設計方案中的額定系列槽數來設定實際的電解槽數，這種方式能夠確保在整流系列電源的運行過程中α 較小。

③由于在運行的過程中經常會在不同的系列電壓下運行，可以通過直降變壓器無載倒段來使得整流電源可以在不同的系列電壓運行過程中保持較小的α角[2]。

5、降低母排振動和噪音的措施

在并聯的整流電源之間，實際運行中經常會出現母排振動和噪音的問題，實際上這些問題大多都是環流直接導致的。那么為什么會出現振動和噪音的問題？這是由于在整流電源之間，其電壓的有效值差值以及環流的大小與整流電源的額定交流輸入電壓正相關。但是在高電壓可控硅整流電源的運行中，其電源的有效值差值很大，直流輸出母排振動分布電感大小卻存在一定的限制。所以在此情況下其環流值的大小將會相對較大。當然，因為整理輸出電源的直流電流很大，所以在實際情況中也一般會采用多根鋁母排并聯的方式組成直流輸出母排，而在這些鋁母排的運行之中，電流的極性相同，這就使得互相之間存在較強的排斥力，這些排斥力也就是所謂的電動力，并且該力與環流也呈現正先關的聯系。另外，如果母排的截面不大，由于同等力作用時必然會引起該母排振動，參考壓強的概念可以得知，在截面越小的情況下，振動也就更大，而較大的振動也勢必會帶來更大的噪音。本文所舉的例子中采用的是三相橋式同相逆并聯可控硅整流電源并聯供電，在實踐中發現，其整流電壓達到一定規模之后，母排振動最為強烈，噪音也很大。而目前為了能夠降低震動和噪音，會采取多位置的焊接和增加固定支撐的方法，并在采取一定的措施之后去運行情況將逐漸好轉。所以通過實際情況和實踐來分析，最好的解決母排振動與噪音的方式就是在一定的環流限制下，選擇一些截面較大的直流輸出母排，安裝穩定后即加強其固定性，從而有效的降低整流室內直流輸出母排振動和噪音。

6、結束語

為了能夠更好的降低能耗，本文分析了鋁電解整流電源間的環流，在一定計算和實踐分析的基礎上探討了抑制環流的方式，并提出降低整流室內直流輸出母排振動和噪音的辦法。

參考文獻：

[1]劉文業.高效能整流系統理論及關鍵技術研究[D].湖南大學，2014.

[2]徐清書，張萬慶，黃嘉，竺子芳.鋁電解整流電源間的環流分析[C].中國自動化學會電氣自動化專業委員會、中國電工技術學會電控系統與裝置專業委員會.第11屆全國電氣自動化電控系統學術年會論文集.中國自動化學會電氣自動化專業委員會、中國電工技術學會電控系統與裝置專業委員會：中國電工技術學會，2002：167-169.