应用微分电路实现整流电流精确控制

张志伟，赵振威

（宁夏金昱元化工集团有限公司，宁夏青铜峡751601）

应用微分电路实现整流电流精确控制

张志伟，赵振威

（宁夏金昱元化工集团有限公司，宁夏青铜峡751601）

介绍了整流机组的电流控制单元的改进内容。通过改进，解决了因电流升幅过大而引起的氯氢压差波动的问题。

电解槽；整流机组；直流输出电流；微分电路

宁夏金昱元化工集团有限公司新引进的2套该型离子膜电解槽，按一拖一方式配套国产整流机组。在投用初期，由于整流机组电流调节幅度过大，屡次引起氯氢压力剧烈波动，给正常生产造成一定影响。采用微分电路对整流机组的电流控制单元进行改进后，取得了明显效果。

1 整流设备简介

该公司新建2万t/a烧碱装置，引进2套意大利电解槽，按一拖一方式配套国产ZHSFPT—10 000/35型整流变压器和KHS—16 000/515型整流柜组成的整流机组，该机组采用三相全控桥、单机组12脉波、非同相逆并联整流方式。正常开停车或升降负荷时，为防止系统出现功率因数过低和谐波含量过高等不良现象，采用升降有载开关与改变触发脉冲角度相配合的优化方式控制电流。

为满足离子膜电槽对直流电流的高精度控制要求，离子膜电解整流机组直流电流的控制除采用整流变压器内设移相式有载27级自耦调压粗调外，还可以通过整流控制柜的核心单元—全数字晶闸管触发调节控制器（以下简称触发器）进行细调。该触发器采用双窄脉冲移相触发方式，可以用手动或自动模式方便地对电槽电流进行全过程、微级差控制调节，其中手动模式又分触摸屏本控和工艺系统DCS远控2种途径。

2 现场现象及原因分析

新装置投运后，在每次的开停车过程中或因生产需要升降负荷时，都要通过工艺系统DCS远控途径按照工艺要求升降电流，而此时会出现电流升幅过大（最大为220～240 A/次）现象。在开车过程中，如此大的电流变化往往造成电解液位波动、氯氢压差波动等明显异常，这显然不能满足离子膜电解工艺对直流电流高平稳性的要求。

为了有效解决这一问题，首先对DCS系统远控电解电流的控制过程进行分析。整流控制系统原理框图见图1。

图1 整流控制系统原理图

图2 微分电路图

从图1可知，当操作人员自DCS操作站发出升电流指令后，经计算机运算后通过控制柜I/O卡件输出信号至光电隔离模块，经光电耦合后，驱动输出继电器KA1。之后，KA1的动合触点接通整流控制柜内的升流继电器KA2线圈，再由KA2的动合触点接通触发器的脉冲调整电路，从而提升整流柜输出电流。降电流时另有类同电路，原理相同。

表观上看，正常的升降电流过程是一种间歇性的微级差调节过程。在此过程中，KA1、KA2始终处于间歇性闭合状态，其输出虽为干接点，但与下游电路配合后却相当于输出脉冲信号，即KA1的闭合时间决定了KA2的闭合时间，也可以认为，KA1输出脉冲的宽度决定了KA2输出脉冲的宽度。进一步观察发现，KA2输出脉冲的宽度恰恰与触发器输出脉冲的改变量呈正相关关系，即KA2闭合时间长，则触发器输出脉冲的移相角度就大，电解电流的改变量（升幅）也大。

经过深入分析和试验后发现，因KA1的驱动程序中虽无得电自锁功能，但为保证继电器可靠动作，其指令信号设有0.5 s的自保持时限，加上继电器每次动作时的固有时间约50 ms,KA1每次输出脉冲的宽度约为550 ms；又由于KA2为无延时、无自锁设置的从动性继电器，其每次输给触发调节控制器的脉冲宽度约达到600 ms，正是如此宽度的指令信号，直接造成了触发器输出脉冲移相过度，从而导致了电解电流的升幅过大。

图2虚线框内电路即为新增设的微分电路，其中，C为微分电容，根据KA2的线圈电压等级，选470 μF/50V电解电容；R为放电电阻，选4.7 kΩ/0.5 W色环电阻即可；D为续流二极管，选1N4007即可。微分电路效能原理见图3。

图3 微分电路效能原理图

3 电路改进及效果检验

基于上述现状，决定从缩短KA1或KA2的闭合时间着手，有效降低电槽每次提升负荷时的电流升幅。

由于KA1继电器的闭合时间由DCS系统的应用程序决定，其500 ms的自保持时限虽有冗余之嫌，但却是合理、必要的设置，其程序已统一固化，若随意调整，极有可能降低整个系统的可靠性和灵敏性。要降低电槽提升负荷时的电流升幅，只能着眼于缩短KA2的闭合时间。为此，尝试采用微分电路限制KA2的得电闭合时间，具体电路见图2。

在t=0时，KA1吸合，KA2前端A点输入电压，Vi由零突变为24 V。在这一瞬间，电容C还来不及累积电荷，因此，Vc=0，输入24 V电压全部降落到KA2线圈Rz上，KA2吸合，由其控制的下游升流指令电路输出端Vo发生幅度为E的正跳变。当t＞0时，电容C的电压按指数规律上升，KA2线圈Rz的电压Vz则按指数规律相应地下降，当t=（3～5）RzC时，电容C的电压接近稳态值24 V，而Vz相应地下降为零，KA2释放，Vo恢复为零电平。可见，先前本应与Vi同样脉宽的Vo，因微分电路的作用，使Vo变窄了，并且因Rz值不变，C值愈小，则KA2得电吸合的时间愈短，升流指令电路输出电压Vo的脉宽就愈窄，电解电流升幅就越小。

电路改进后，经反复操作试验，KA2每次的得电闭合时间缩减至约150 ms，电槽每次提升负荷时的电流升幅由220～240 A降至40～50 A，完全符合微级差精确控制电解电流的工艺要求。

4 可行性分析

电容、电阻、二极管等器件均为价格低廉、体积小的常用电子元件，经久耐用，可在整流控制柜内的任一狭小空间安装固定，通过细线连接，即可长期应用。况且，由电容、电阻、二极管等器件组成的微分电路处于KA2继电器线圈的前端外围，连接线十分方便，丝毫不破坏控制柜内电路系统的完整性。因此，本方案既经济又简便，是可行、实用的。

5 需要说明的问题

本改进方案应用微分电路，是由于它具有保留输入信号变化部分而削弱不变化部分的功能，即该微分电路可以将来自KA1的宽方波信号变换为尖脉冲，既驱动KA2吸合，又保证KA2不至于长时闭合。但在具体应用中，还需注意以下几点。

（1）KA2的闭合时间取决于RzC值，由于KA2均为MY4NJ/DC24V继电器，其直流电阻Rz=650 Ω不变,则C值愈小，KA2每次闭合的时间愈短，有利于电解电流的微级差精确控制，但当C值过小时，KA2可能来不及吸合就已被微分电容隔离，电流控制功能反而失灵。所以，针对不同场合、不同设备，应当根据对电流升幅的具体要求，合理选择C值。

（2）放电电阻R的作用同样重要。在KA1间歇断电的时段，只有将电容C两端的电荷通过R释放并恢复到接近零电平后，才允许KA1发出下一个方波脉冲指令。但选取R值时，至少要考虑以下2个因素。首先，R应远大于KA2线圈的直流电阻值，至少保证R≥5Rz，只有这样，才不会增加KA1的触点负荷，也不会因分流过多而影响KA2的灵敏吸合。其次，根据KA1每两次得电吸合之间的最短间歇时间tq一般为20～45 s，应使RC远远小于tq，即RC＜＜tq，至少保证R≤tq/5C，只有这样，才能保证在KA1发出下一个指令信号前将C两端电荷放尽。

（3）二极管D兼具续流与放电作用，既可在KA2断电瞬间提供电流通路，削弱自感电动势，又可为电容C的放电提供加速通道，其作用不容忽视。实际应用中，需格外注意该二极管的连接极性，阴极接电源正，阳极接电源负。

6 结语

离子膜整流装置的电流控制系统经过上述成本极小的改进后，有效改善了每次提升负荷时因电流升幅过大而导致氯氢压差波动严重的不良状况，微级差精确控制电解电流技术上也更臻完善。除此之外，还消除了一项隐性缺陷，即便KA1因指令程序出错或自身卡滞等原因出现触点长时间接通的现象，也不会造成电流失控的严重后果。

Precise control of rectifier current by fine tuning electrical circuit

ZHANG Zhi-wei，ZHAO Zhen-wei
（Ningxia Jinyuyuan Chemical Group Co.,Ltd.,Qingtongxia 751601,China）

The transformation of electric current control unit on rectifier was introduced.The problems of chlorine and hydrogen pressure fluctuations caused by electric current increasing degree too large were resolved.

electrolytic cell;rectifier;direct output current;fine tuning electrical circuit

TM461

B

1009－1785(2011)02-0007-02

2010-09-25