阀侧压差大的并联十二脉波整流系统研究

杨伟鸿，卿向东

(吉林北华大学电气信息工程学院,吉林 吉林 132021)

阀侧压差大的并联十二脉波整流系统研究

杨伟鸿，卿向东

(吉林北华大学电气信息工程学院,吉林 吉林 132021)

分析了12脉波整流系统在阀侧D接和Y接电压差比较大时，整流系统的触发方案设计和仿真，有较强的工业应用价值。

电压差；整流；触发

1 前言

随着经济及现代技术的发展，各种精密仪器使用越来越广泛，对电网的供电质量要求越来越高，影响电网质量的最大因数就是电网中的谐波量，而各种整流电源又是谐波的最大产生源。国际上公认谐波污染是电网的公害，所以必须采取措施加以限制，在国家标准GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》中对谐波做出了限制。整流机组作为大功率整流设备。属于非线性负荷，从电网吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，因此整流机组属于重要的谐波源。

2 问题的提出

现在减少整流系统谐波含量，一是增加滤波装置但投入很大，二是增加整流系统的脉波数,如12、24、36、48等脉波。例如整流系统采用十二脉波整流，照比六脉波整流系统，可有效地去除，5次7次17次19次谐波，减少谐波电流最大幅值的40%左右。所以现在电力系统一般都要求整流系统最少采用十二脉波整流。采用十二脉波整流可以采用两种方案，一种为采用两台整流变压器，一台变压器高压为D接一台为Y接相互相差30度 ，两套整流系统组成十二脉波整流系统，优点适合于任何系统对整流设备的要求(例如大调压范围)，缺点造价高， 需两台变压器，两个有载开关，系统总的损耗大，且占地面积大。另一种方案采用一台整流变压器，两套整流系统组成十二脉波整流系统，整流变压器一般高压为Y接或D接，低压采用轴向分裂式两套阀侧绕组一个 为Y接另一个为D接互差30度组成十二脉波整流。优点一台变压器一台有载开关造价低，变压器效率高，占地小。缺点只能用在阀侧电压变化范围小的场合例如现在钢厂轧钢用的变频调速系统多采用此方案。

钢厂轧钢用的变频调速系统所用的整流变压器阀侧电压一般为660V或1100V调压范围一般为±5%，因电压高调压范围小，Y接和D接匝数很好配合，例如星绕组匝数为11或15角绕组为19或26与误差为-0.276%或+0.074%再加上调压范围很小，角接和星接线电压差很小，并联运行时两组整流系统间环流很小，通过增大变压器阻抗，使系统完全可以正常工作。而工业上许多场合例如铜电解 、铅电解 、锌电解、银电解等用电大户因工艺的关系阀侧电压很低而电流很大且调压范围大(因为不同时期工作的电解槽数不同)，例如铜电解阀侧电压一般为30～120V，直流电流20000A左右，为了降低生产投资成本用户一般都希望采用单器身12脉波整流，但如果直接采用，在阀侧电压低时系统还可正常运行，一旦运行到高电压档时，因为阀侧Y接 和D接线电压差别太大(由于变压器是变磁通调压，阀侧电压越高时，匝电压差别越大，同样的匝数D接和Y接电压差别就越大)，两组整流器之间环流太大而发生整流失败，过去有厂家直接采用此方法用于大调压范围整流系统，最后高电压时整个系统无法运行而失败，而采用两台变压器投资成本又太高。

3 方案解决

3.1 系统方案比较

本文提出一种全新的方案可解决此问题。以一实际工程应用为例，某电解铜厂要求的整流电源为12脉波整流，网侧电压10kV阀侧直流电压34～112V,直流电流15000A,采用方案一和方案二的材料消耗，电压级差，设备损耗等见表1若采用两台变压器的方案，变压器造价为59.7万，其中负载损耗41550W，空载损耗8580，角接最高电压最低电压为112.3V ,34 Y接最高电压最低电压为112.2V,34V。 采用一台变压器的整流方案，变压器成本为 41.1万，短路损耗40550W，空载4780W，最高最低电压Y接为116V,35V,D接为110V,35.8V,具体见表1。由此可看出，第二个方案照比第一方案节省材料和损耗，占地面积小，土建成本低，但电压差大，如能解决整流压差过大系统并联无法正常工作的问题就能既减少企业的投资，又降低系统运行的损耗，有很高的经济实用价值和应用前景。

表1 方案1和方案2主要数据对比

整流方案图一为采用两台整流变压器，整流方案二为采用一台变压器，为解决阀侧电压差的问题，方案二在原来整流系统上加了个压差检测装置，由该装置补充整流触发角控制。

图1 整流系统方案一

图2 整流方系统案二

3.2 软件设计

以该电解铜厂整流系统为例假设根据工艺要求变压器运行在27级此时D接阀侧电压为81.6V而Y接阀侧电压为86.7V。假如现在所需的直流电压为98V,D接和Y接各有一套触发整流系统，它们共用一个给定电压uK不同的uK大小决定整流系统的触发角α的大小，一般最大为10V对应触发角为0，该整流系统的直流电压为Ud=1.35U2cosα，其中U2为阀侧电压，此时D接的触发角为αd=27.62°对应的uK为一定值假如为8.5V,假如没采取任何措施此uK也为Y整流系统的给定，此时αy=27.62°那么此时Y接输出直流电压为104V，那么因为Y接的直流电压高于D接直流整流电压，两个系统为并联工作，根据可控硅工作原理知，虽然D接的可控硅接受到了触发脉冲，但由于Y接的电压高的作用使它受反压而不能导通，整流波形就要丢波头，严重时整流失败。因为Y接的阀侧电压为87V高于D接的阀侧电压81.6V由于变压器结构的原因已不可更改，为了使两套整流系统输出的直流电压相等，只有减小Y接整流系统的触发角α从而使两套整流系统输能同时工作，例如本例中使α′y=21.63°即比原来给定的αy=27.62°少才能使D接和Y接同时工作，为此可在整流系统中加一个电压检测装置。如图2整流系统中电压差检测装置其工作原理如图3所示。

图3 电压差控制结构图

3.3 软件流程图

图4 软件流程图

4 方案仿真

4.1 仿真模块

一次侧为D接阀侧分别为Y接和D接。

图5 一次为D接二次分别为D和Y的12脉波整流

图6

图6在阀侧电压都为85V触发角为10度时的阀侧A相和B相电流，整流后直流电压，直流电流。

图7

在图7中阀侧Y接电压为89.5V，而D接为85V时，从图7中可看出阀侧D接线圈A相和B相电流为零，其输出的直流电流也为零，图8为阀侧Y接线圈电流可看出A相和B相电流和过去一样，同时看出此时总的输出电压和电流为6脉波工作状态，通过多次仿真可知，当阀侧D接和Y接电压差大于3V时，如果不采取任何措施，电压小的所连接的整流系统将停止工作，整个整流系统将由电压高的一组工作，整流也由12脉波变为6脉波，这在实际工况中是十分危险的，因为全部负载都由工作的整流系统承担，该组变压器阀侧线圈和可控硅都将严重过载而过热出现故障。图9为临界的工作状态从图中看出D接工作线圈电流照比Y接时间短，虽然整个系统为12脉波但电压波动较大。图10为D接触发角改为12°时的系统工作情况，系统变为12脉波整流系统，从图11中可看出同样的A相电流和B相电流D接的每个周期工作时间短些，但避免了一套工作的恶劣工况，只要按照整流系统的2～3倍余量选择整流硅通态平均电流，而且我们选可控硅时是按工作角度为600来做为平常工况的，所以系统就可以完全正常工作。

图8

图9

图10

图11

4 实际应用

在内蒙某电解铜厂采用此方案为用户节省了大量投资，效果很好，但现在只能定量的补充一定的触发角，还不能无级差的补充触发角。

[1] 崔立君.特种变压器理论与设计[TM].北京:科学技术文献出版社,1996.

[2] 黄忠霖，周向明.控制系统MATLAB计算及仿真实训[M].北京：国防工业出版社，2006.

Research on Parallell 12 Pulse Rectifier System in Different Voltage

YANGWei-hong,QINGXing-dong

(Jilin Electrical Engineering College of North China University,Jilin 132021,China)

The 12 pulse triggering scheme of rectifier system is designed and simulated in valve D and Y connected with the voltage difference is large.There is of great significance on industrial application

voltage difference;rectifier;trigger;

1004-289X(2015)03-0063-05

TM71

B

2014-05-07

杨伟鸿(1962-)，吉林人,工程师,北华大学电气信息工程学院，从事自动化教学科研工作。