铝电解整流电源间的环流分析

刘诗鸿

摘要：整流电源之间的环流问题为电力系统带来了巨大能量消耗，而环流所带来的母排振动与噪音的问题也为企业造成了更多的电力能源损失和生产生活影响，所以目前国内开始针对于环流的问题进行分析。为了能够限制环流生成，本文探讨环流的主要生成原因，并提出能够降低电源直流输出母排振动和噪音的措施。

关键词：铝电解整流电源;可控硅;触发角α;环流

1、前言

为了能够降低能耗，我国对铝电解直流电源提出了要求，而通过相关研究证明，可控硅整流电源的动态稳流精度较高，起反应速度也很快，所以目前国内将研究精力都放在了可控硅整流电源的研究与改进中。而目前，环流的问题造成了较大的能源损耗，所以为了能够抑制环流，并降低母排振动以及噪音，本文通过以实际配置情况为案例，对并联整流电源的环流进行分析，提出相应的解决措施。

2、整流电源基本配置情况

本文以某公司整流电源系统配置情况为例。该公司的整流电源系统配置为通过多台三相桥式同相逆并联可控硅整流电源、直降通相逆并联整流变压器、滤波器等设备构成，而变压器的连接方式为曲折接法，其移相分别为±22.5°和±7.5°，在运行的过程中将提供等效24相直流电压。

3、并联整流电源的环流分析

3.1  环流的概念

铝电解供电系统一般采用的都是将多台整流电源输出直流母排并联的方式，并且其一般并没有平衡电抗器。所以在这种情况下每台三相桥式整流电源输出6 相动脉电压。当然，在这种情况下其整流电源输出的电压平均值并没有多大的差异，但是该过程脉动波角度差异却较大，并且其瞬时值各不相同。实际情况中，并联母排的两端会存在一定频率的狡辩电压，而交流电流将直接在母排上产生，由于整流电源将直接形成回路，这就为这些交流电流提供了通道，所以大多数的交流电流将直接进入该通道而不是负载中，在通道内的交流电流就是环流[1]。

3.2  环流分析

通过相应的计算可以发现，当整流电源运行的过程中，其交流侧输入电压有效值的差值将随着触发角α 的增加而增大，在保证两者相位差后，可以发现α 越大，所以引起的环流峰值也就越大，在图像上将显示为两者差值波形无论是正还是负都与时间轴有着一个非常大的联合区域。当该角度达到90°时，此时的环流最大，并且此时额定电压也很大，两台整流电源交流侧输入电压有效值的差值达到峰值。以此为背景进行计算可以发现，可以假设可控硅整流电源之间的连接母排电阻为0，分布电感为L，当两台整流电源交流侧输入电压有效值存在差值时，通过计算可以得出环流将随着L的减小而增大，并且峰值电压越大其环流越大。

4、抑制环流的措施

可控硅整流电源的一大功能就是其可以自动稳流，并在此过程中会根据实际、给定电流之间的差值来自动改变α，这就使得直流电压能够有效的被调节，从而促进电流稳定。在铝电解系统的运行过程中，因为该系统的电压值不高，其α 也很大，所以这也就导致了在整流电源之间存在不小的电压有效值差值。在铝电解系列中大多都不装平衡电抗器，而在这种情况中很容易就导致环流的产生，通过上述计算可以发现在额定电压存在的情况下，其值越高，则环流也就越大。在二极管整流系统中，其α 保持在0°，所以该系统并不存在电压绝对值差值，或者较小，所以环流也并不大。目前为了能够降低环流可以采取以下几点措施。

①将汇流母排的正负极直流连接以及将整流室与整流电源相连接。在连接的过程中要禁止直线连接的情况，并尽量增大分布电感，从而达到抑制环流的目的。

②在实际运行的过程中，要依照设计方案中的额定系列槽数来设定实际的电解槽数，这种方式能够确保在整流系列电源的运行过程中α 较小。

③由于在运行的过程中经常会在不同的系列电压下运行，可以通过直降变压器无载倒段来使得整流电源可以在不同的系列电压运行过程中保持较小的α角[2]。

5、降低母排振动和噪音的措施

在并联的整流電源之间，实际运行中经常会出现母排振动和噪音的问题，实际上这些问题大多都是环流直接导致的。那么为什么会出现振动和噪音的问题？这是由于在整流电源之间，其电压的有效值差值以及环流的大小与整流电源的额定交流输入电压正相关。但是在高电压可控硅整流电源的运行中，其电源的有效值差值很大，直流输出母排振动分布电感大小却存在一定的限制。所以在此情况下其环流值的大小将会相对较大。当然，因为整理输出电源的直流电流很大，所以在实际情况中也一般会采用多根铝母排并联的方式组成直流输出母排，而在这些铝母排的运行之中，电流的极性相同，这就使得互相之间存在较强的排斥力，这些排斥力也就是所谓的电动力，并且该力与环流也呈现正先关的联系。另外，如果母排的截面不大，由于同等力作用时必然会引起该母排振动，参考压强的概念可以得知，在截面越小的情况下，振动也就更大，而较大的振动也势必会带来更大的噪音。本文所举的例子中采用的是三相桥式同相逆并联可控硅整流电源并联供电，在实践中发现，其整流电压达到一定规模之后，母排振动最为强烈，噪音也很大。而目前为了能够降低震动和噪音，会采取多位置的焊接和增加固定支撑的方法，并在采取一定的措施之后去运行情况将逐渐好转。所以通过实际情况和实践来分析，最好的解决母排振动与噪音的方式就是在一定的环流限制下，选择一些截面较大的直流输出母排，安装稳定后即加强其固定性，从而有效的降低整流室内直流输出母排振动和噪音。

6、结束语

为了能够更好的降低能耗，本文分析了铝电解整流电源间的环流，在一定计算和实践分析的基础上探讨了抑制环流的方式，并提出降低整流室内直流输出母排振动和噪音的办法。

参考文献：

[1]刘文业.高效能整流系统理论及关键技术研究[D].湖南大学，2014.

[2]徐清书，张万庆，黄嘉，竺子芳.铝电解整流电源间的环流分析[C].中国自动化学会电气自动化专业委员会、中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会.第11届全国电气自动化电控系统学术年会论文集.中国自动化学会电气自动化专业委员会、中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会：中国电工技术学会，2002：167-169.