自飽和電抗器對電解穩流的作用分析

      摘 要：隨著工業自動化先進技術的推廣和應用，自飽和電抗器在穩流控制系統中的應用日趨成熟和廣泛，本文主要介紹自飽和電抗器電解穩流控制技術的作用，該技術的主要特點是運行穩定，控制精度高，且具備串口通訊功能，生產運行中效果良好。

      關鍵詞：電抗器；自飽和電抗器；電解穩流；穩流控制技術

      當前，穩流技術有兩種，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，穩流效果好，可人們一直認為后一種可靠、穩定，而偏愛之。自飽和電抗器在各種調節設備間應用廣泛，對能量傳輸與阻抗變換起到了很大的作用，如用來控制電解穩流，調節交流電動機的轉速，它具有能實現穩流控制，損耗小和調節范圍廣的優點。隨著技術的發展，飽和電抗器在電力系統中的應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磁化曲線的非線性和飽和特性，較大的交流負載控制是用較小的直流功率來實現的一種電器，即在工作時可根據其特性鐵磁物質的磁導率不是常數來完成。由于自飽和電抗器與負載是串聯的，可以對負載的功率和電流進行調節，實際上可以把自飽和電抗器看作是能夠進行控制的阻抗，自飽和電抗器也可以認為是同時具有交、直流兩種勵磁電流的平滑可調的交流電阻器。

　　自飽和電抗器的基本工作過程可用鐵磁材料的交流導磁系數并隨著直流磁場的大小而變化的工作原理來解釋。當交流回路電阻Ra　和交流電壓Ua不變時，交流電流Ia與交流線圈La有關線圈的電感量公式可以看出，在一定的匝數N和磁路L下，磁路鐵芯的磁導率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率，這樣就能夠使電抗器和電流的容量發生改變。而通常情況下，鐵磁物質的磁導率不是一個固定的常數，一般而言，鐵芯越接近飽和，磁導率就越減小，而要想直流繞組的勵磁電流Id發生變化，可以通過改變鐵芯的飽和程度。鐵芯的磁感應強度隨著Id　的增大而增大，電感值是隨著磁導率的減小而減小的，而交流電流Ia反而增大。

      二、自飽和電抗器對電解穩流的作用分析
      1、單臺整流機組穩流控制
      串聯整流機組A、B兩臺自飽和電抗器的負偏繞，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行調節。

      正偏電流Ip是在A臺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壓深度。而平衡電流是在B臺電抗器的正偏繞組加可變電壓后形成的，這樣A、B兩臺整流裝置就能平均分擔負荷，可以避免過負荷事故的發生。

      1.1自飽和電抗器的穩流控制
      穩流控制的機理是：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電流變換后形成的，與PLC中給定電流Ig經過相比較之后最終形成比較電壓，經過PID運算后，比較電壓就能控制PLC輸出脈沖的占空比，就可以使IGBT的輸出電流發生改變，即電流Ik的控制，是對整流裝置的輸出電流進行控制的。系統的調節過程是：在電解槽內陽極效應發生時，就會提升槽的電壓，而當電解槽的電解電流降低時，IGBT的導通角在PID調節器的作用下而變小，輸出電壓降低，鐵芯的飽和角會隨著自飽和電抗器控制電流IK的下降而變小，從而導致二極管導通滯后時間變小，整流裝置電流輸出增加，最后使電解電流達到恒定。

      1.2自飽和電抗器的平衡控制
      平衡控制原理圖與穩流控制原理圖相同，它們的區別只在于反饋信號與給定信號的不同。平衡控制的機理是在A臺自飽和電抗器的正偏電流穩定不變的情況下，B臺整流裝置的輸出電流即為反饋信號，A臺整流裝置的輸出即為電流給定信號，在PLC中進行PID運算與信號比較后，控制PLC輸出脈沖的占空比，并使IGBT的輸出電流發生改變，使B臺自飽和電抗器的正偏電流得到控制，最終保持A與B　臺整流裝置的輸出電流始終一致。其調節過程是：當B臺整流裝置的輸出電流大于A臺整流裝置的輸出電流時，會降低PLC控制器中比較信號的電壓，IGBT的導通角經PID運算后就會變小，輸出電流下降，即B臺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，會相應地減弱正偏電流的增磁作用，也會增大B臺電抗器鐵芯的飽和角，這樣就會導致二極管導通滯后時間變長，B臺整流裝置的輸出電流減小，最終實現A、B兩臺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臺電抗器的正偏繞組，這樣就可以使自飽和電抗器的動態磁滯回線和動態磁化曲線的橫軸向下移動，從而使自飽和電抗器調的壓深度得到增加。
   
      2、電解系列穩流控制
      一般來說，某個電解系列的直流電流在200～500kA，這種電解系列一般是由幾個整流機組并聯供電并且其總直流電流就是這幾個單機組輸出電流的總和。為了穩定系列直流電流并保持多臺整流機組電流調節的同步性，通常會對系列電流穩流總調控制環節進行設置，從系列直流電流傳感器獲取反饋信號，反饋至總調PLC與系列設定電流進行比較和PID運算，輸出結果作為單機組穩流的分調給定，送至各機組PLC，實現系列穩流控制，起到穩定系列電流的作用。

      為了使電解電流得到穩定，自飽和電抗器與每臺機組主降壓變壓器之間進行二次套接，這樣電解電流就可以得到穩定，只要在生產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控制范圍（即飽和或截止時將失去穩流作用），當整流機組輸出電流超出這個范圍時，調整整流變壓器就會調變（即自飽和電抗器在飽和的情況下，在升調壓變變壓器的作用下供電電壓會被調高，而當自飽和電抗器截止時，供電電壓就會在降調壓變壓器的作用下被調低）如此一來，各機組電流都可以重新恢復到自飽和電抗器的控制范圍內，而從精確控制電解電流。

      三、結 語
      自飽和電抗器對電解穩流的控制具有重大的作用，由于其結構簡單、運行可靠、維護方便、過載能力強等一系列優點，自飽和電抗器也較容易掌握，比較實用，不僅可以用來提高電解直流電流的平穩度，而且可以提高電解電流效率，對穩定電解槽的工藝技術條件影響很大。但是自飽和電抗器所產生的損耗也是很大的，但目前并沒引起國內電解行業的重視。如果各電解廠仍然采用古板教條的方式來實施穩流控制，那么因此產生的浪費實在可惜。

     參考文獻
     [1]陳柏超.新型可控飽和電抗器理論及應用.武漢水利電力大學出版社.2006
     [2]王益考.220kV整流機組穩流控制系統[J].電氣時代.2004（02）
     [3]付新民，李建勇，郭莉莉.數字式穩流控制在鋁電解整流系統中的應用.