1技術(shù)領(lǐng)域

本文介紹了一種極化電源裝置,主要應(yīng)用于離子膜、電解槽的電極保護(hù),具體是在冶金、化工行業(yè)使用500A以上整流器的電解槽中用于短期停車保護(hù)。

2背景技術(shù)

鹽化工行業(yè)電解槽的電極保護(hù)采用極化電源,一般電流從幾十安培到幾百安培不等。當(dāng)大功率主整流系統(tǒng)一次側(cè)停電或突發(fā)故障停運(yùn)時(shí),極化整流系統(tǒng)需投入運(yùn)行,電解槽檢修或停電時(shí)也會(huì)投入極化整流系統(tǒng)。極化電源的主要作用是向電解槽提供一定的直流電,阻止電極向外放電,保護(hù)電解槽電極鍍層不脫落,提高電解槽電極的電流效率并延長(zhǎng)其使用壽命。

鹽化工行業(yè)對(duì)極化整流系統(tǒng)的質(zhì)量要求較高,需供給電解槽穩(wěn)定的直流電流/電壓,自動(dòng)穩(wěn)流精度±0.5%,一旦投入,電流/電壓要馬上達(dá)到額定值,要求時(shí)間短、過(guò)沖小。同時(shí)還必須減少設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的諧波,提高整流設(shè)備的安全性、可靠性,這就需要一種極化電源的控制裝置,以保證產(chǎn)品質(zhì)量與精度。而目前大部分廠家電解槽的極化電源都在300A以下,整流電路通過(guò)晶閘管模塊相控整流方式實(shí)現(xiàn),該方式的無(wú)功損耗和諧波分量很大,功率因數(shù)低,這在晶閘管深控時(shí)尤為明顯。

3新型極化電源裝置的研制

為了克服上述缺陷,本文提出了一種新型極化電源裝置,以大功率高頻電源作為極化電源,采用AC-DC-AC-DC變流模式,主電路部分采用二極管全橋整流和IGBT全橋逆變,控制部分采用雙CPU結(jié)構(gòu),系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便。

3.1主電路

該極化電源裝置主電路如圖1所示,包括三相整流橋電路、直流濾波電路、全橋逆變電路、高頻變壓器和二極管整流電路。

三相整流橋是由圖1中DT1所示的二極管三相整流橋模塊完成的,輸入三相交流380V經(jīng)過(guò)DT1整流后輸出500V左右直流。

直流濾波由圖1中C1所示的電容完成,C1并聯(lián)在主回路（即主電路的主要回路）中,經(jīng)DT1整流后的直流電壓含有很多紋波,經(jīng)C1濾波后可變成平滑的直流電壓。

全橋逆變是由圖1中VT1、VT2、VT3、VT4所示的IGBT完成的,VT1、VT4一組,VT2、VT3一組,這兩組導(dǎo)通和關(guān)斷是互補(bǔ)的,即交替開通和關(guān)斷。如一個(gè)周期內(nèi),VT1、VT4導(dǎo)通時(shí),VT2、VT3關(guān)斷:VT2、VT3導(dǎo)通時(shí),VT1、VT4關(guān)斷。

高頻變壓器如圖1中T1所示,經(jīng)全橋逆變后的高頻交流電,經(jīng)T1升壓或降壓到需要的高頻交流電壓值。

二極管整流由圖1中D1、D2所示的肖特基二極管完成,其特征在于經(jīng)高頻變壓器輸出的高頻交流電,分別經(jīng)D1、D2整流后輸出高頻直流電。

肖特基二極管D1,R1和C2為其阻容吸收電路,主要作用是消減由于漏感產(chǎn)生的反峰電壓。

肖特基二極管D2,R2和C3為其阻容吸收電路,主要作用是消減由于漏感產(chǎn)生的反峰電壓。

該極化電源裝置主電路還包括圖1所示的交流電流傳感器sC1、直流電流傳感器sC2、霍爾電壓傳感器sV1。其特征在于交流電流傳感器sC1為穿孔式電流傳感器,用于測(cè)量三相交流電壓的進(jìn)線電流:直流電流傳感器sC2為穿孔式電流傳感器,用于測(cè)量輸出的直流電流:霍爾電壓傳感器sV1并聯(lián)在輸出正極和輸出負(fù)極之間,用于測(cè)量輸出的直流電壓。

3.2控制系統(tǒng)

該極化電源裝置控制系統(tǒng)部分包括控制電路、脈沖產(chǎn)生和功率放大電路、通信電路、反饋電路、操作面板。控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù),具體如圖2所示。

通信電路由圖2中所示功能部件MCU2完成,其主要實(shí)現(xiàn)與PLC200的PPI通信,通信信息中包括給定信息、狀態(tài)信息和報(bào)警信息等。

控制電路由圖2中所示功能部件MCU1完成,極化電源由直流電流和直流電壓反饋,當(dāng)電壓反饋和電流反饋與給定值有偏差時(shí),MCU控制器根據(jù)外部穩(wěn)壓或穩(wěn)流指令進(jìn)行電壓PI調(diào)節(jié)或電流PI調(diào)節(jié),并發(fā)出脈沖的開通與關(guān)斷信號(hào)。

脈沖產(chǎn)生和功率放大電路,其主要由專用PwM脈沖產(chǎn)生芯片TL494完成PwM脈沖的產(chǎn)生,然后經(jīng)過(guò)功率放大電路驅(qū)動(dòng)400A/1200V級(jí)別的大功率IGBT。

操作面板由漢字顯示屏和操作按鍵組成,主要完成基本信息、報(bào)警信息的顯示以及面板穩(wěn)流穩(wěn)壓的給定。

反饋電路共有三路,即直流電流反饋、直流電壓反饋、交流電流反饋,三路反饋都送給操作面板顯示,其中,直流電流反饋、直流電壓反饋還分別用于穩(wěn)流控制和穩(wěn)壓控制。

控制系統(tǒng)的給定有三種:操作面板給定、上位機(jī)給定、電位器給定,上位機(jī)給定由PLC與控制器通過(guò)PPI通信實(shí)現(xiàn),三種給定采用的是兼容模式,可以同時(shí)工作。

4裝置的安裝、使用及故障排除

該系統(tǒng)自2012年起在出口俄羅斯、法國(guó)、比利時(shí)等的氯堿項(xiàng)目中使用情況良好,因其體積小、易安裝、方便操作等特點(diǎn)受到用戶廣泛好評(píng)。

裝置安裝注意事項(xiàng)如下:控制部分進(jìn)出線采用電纜或穿管絕緣導(dǎo)線與變壓器或低壓饋電架空線連接:所有外部連接電纜均通過(guò)穿墻板進(jìn)入柜內(nèi):交流互感器連接控制電纜不小于2.5mm2,其他信號(hào)控制電纜不小于1.0mm2,保護(hù)接地導(dǎo)線最小截面積為10mm2,柜體外接地導(dǎo)線最小截面積為25mm2:要求接線編號(hào)清晰、準(zhǔn)確,對(duì)號(hào)入座,接頭緊固可靠。

脈沖線連接時(shí)需注意對(duì)應(yīng)其變壓器出線:與整流變壓器、高壓柜之間的保護(hù)信號(hào)連線,應(yīng)在其生產(chǎn)廠家的配合下按要求完成:穿線管道要固定,管頭進(jìn)行防水處理,多余導(dǎo)線進(jìn)行綁扎,電纜頭進(jìn)行防水、防潮處理:檢查各接線是否正確、牢固:高壓和低壓電纜應(yīng)分開安裝。

裝置運(yùn)行步驟如下。

4.l送電前準(zhǔn)備工作

1）檢查裝置內(nèi)部有無(wú)雜物,有則清除雜物:

2）將電流電位器給定清零:

3）檢查啟動(dòng)開關(guān)是否在停止位置。

4.2送電步驟

1）接通主回路進(jìn)線電源,確認(rèn)面板上的指示燈亮:

2）接通極化柜進(jìn)線電源,確認(rèn)面板上的指示燈亮:

3）本/遠(yuǎn)控開關(guān)切換到"Local"位置為本控啟/停極化:

4）本/遠(yuǎn)控開關(guān)切換到"Remote"位置為DCs啟/停極化:

5）合上主回路塑料外殼式斷路器給定必須清零）:

6）緩慢旋轉(zhuǎn)電流給定電位器直至達(dá)到所需要的直流電流值,電流給定電位器一般情況下第一次調(diào)整正常運(yùn)行后不需要再進(jìn)行修改除非工藝特殊要求）。

注:電壓給定電位器在第一次調(diào)整正常運(yùn)行后也無(wú)須再設(shè)定。

4.3停電步驟

1）將電流給定清零:

2）停止極化柜:

3）一般不需要關(guān)閉控制電源開關(guān),建議電源保持通電狀態(tài),防止電子元器件受潮、發(fā)霉,影響下次正常開車:

4）停電完畢。

4.4故障排除

極化電源裝置常見故障現(xiàn)象分析及排除方法如表1所示。

表l常見故障現(xiàn)象分析及排除方法

5結(jié)語(yǔ)

與現(xiàn)有技術(shù)相比,采用本文所述結(jié)構(gòu)的極化電源裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):以大功率高頻電源作為極化電源,采用AC-DC-AC-DC變流模式,主電路部分采用二極管全橋整流和IGBT全橋逆變,控制部分采用雙CPU結(jié)構(gòu),系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便。該設(shè)計(jì)能大大減小整流器的體積,且不需要體積龐大的工頻變壓器,變流效率達(dá)到90%以上,節(jié)能20%以上,極大地降低了成本。