高电压可控硅整流电源

2022-04-02 14:31分类：电子元器件阅读：

高电压可控硅整流开关电源

引言：在45KA/500V整流电源的根基上，依据国际性铝电解发展趋向，本所又开发设计取得成功中国交流电压最大的35KA/1150VDC同相逆串联晶闸管三相桥式整流开关电源,在技术参数及构造加工工艺上面有进一步的提升,做到当代国际优秀水准。文中对于此事开关电源作简单详细介绍，并对开关电源间电场作了基本剖析。
关键字：高电压同相逆串联晶闸管整流器电场
--、序言
进到90年代至今，伴随着中国电解铝厂工业生产技术水平的发展趋势，为减少耗能，对铝电解直流稳压电源的需求愈来愈高。现阶段在我国许多铝厂选用的是六十年代中后期引入或国内的递降变电器有载变压电源开关与二极管电子整流器构成的供电系统开关电源系统软件，均值减压稳压阀精密度约5%，动态性回应差，有载电源开关周期短、检修量大。八十年代添加了饱和状态串联电抗器细调，降低了有载电源开关的操作频次，均值减压稳压阀精密度可以达到1~3%，但动态性减压稳压阀精密度仍较弱，危害稳定性。该类系统软件因为含有载电源开关的变压器结构繁杂，稳定性较低，减压稳压阀精密度低，系统软件项目投资高。八十年代中后期，中国三家铝厂（山东铝业企业、贵州铝厂、平果铝厂）依次引入由ABB企业生产制造的狂降大电流量可控硅整流发电机组，动态性减压稳压阀精密度0.1%、整流器高效率高过98%，每台电子整流器电流量可以达到56KA，电流强度高、环保节能、无触点、无载跳电、稳定性高、运作经济收益明显，但進口价格比较贵。1995年11月由天津市机电传动控制设计方案研究室与山东铝业企业合作开发的单机版容积45KA/500V同相逆串联可控硅整流开关电源，在山东铝业企业电解铝厂厂资金投入运作。系统软件的总体特性做到90年代国际性同行业领先水准，减压稳压阀精密度0.1%、整流器高效率高过98%，而噪声、均流等标准好于当期的ABB商品；彻底能够替代类似进口商品，而项目投资比引入海外商品节约40%之上；可完成无载跳电、稳定性高、检修量小、有显著的高产环保节能实际效果。本商品得到96年我国稀有金属工业生产公司总部科技创新二等奖、机械工业部科技创新一等奖、99年我国科技创新二等奖、被原我国高新科技联合会核准为国家级别新品。
当今电解法系列产品正向着大电流量、高电压的角度发展趋势，铝电解系列产品较大电流量达300KA，工作电压达1200V。一个电解法系列产品电除尘器越多，需要的供电系统开关电源额定电流越高，则供电系统整流器系统软件高效率越高，电解法系列产品经济效益也越高。研发容积更高，额定电流高些的性能卓越可控硅整流开关电源设备是在我国铝电解工业生产的急需解决，对铝电解工业生产的快速发展和发展具有主要实际意义。因此在我国稀有金属工业生产行业交流开发设计核心承揽的万里长城铝业公司水电厂电解法整流电源系统软件技术改造中，应用推广我所研发的每台电子整流器额定值輸出为35KA/1150V的同相逆串联可控硅整流开关电源。
二、狂降功率大的可控硅整流开关电源系统软件
1、万里长城铝业公司电解法系列产品电子电源规定：系列产品电流量：80KA 系列产品工作电压：1150V 减压稳压阀精密度：0.1% 整流器高效率：>98%
2、开关电源系统设置
对于以上技术标准，历经充分的调查论述，充分考虑将来系列产品电流量尚必须加强，明确系列产品整流电源由4台110KV狂降同相逆串联低压变压器（江西省变压器厂生产制造）、4台额定值輸出为35KA/1150VDC的性能卓越同相逆串联可控硅整流开关电源及一套110KV髙压过滤器（沈阳市铝镁设计研究院研发）构成，由沈阳市铝镁设计研究院进行总体方案设计。三相五线开关电源为多三相五线110KV系统软件，一切正常运作时4台发电机组资金投入运作；当一台发电机组维修时，其他三台仍能达到电解法生产制造必须。4台低压变压器一次侧为坎坷接线方法，各自移相±22.5°、±7.5°，4台运作时，系列产品輸出等效电路24相交流电压。低压变压器一次侧选用无载倒段电源开关，使輸出交流电压各自为1150V、950V，以确保在电除尘器数较较少时提升功率因素，减少谐波。整流电源系统框图如图所示1所显示。
三．35KA/1150V同相逆串联可控硅整流开关电源的特性
在山东铝业企业我所同相逆串联45KA/500V可控硅整流开关电源取得成功运作的根基上，对于万里长城铝业公司高电压的特性，在设计产品生产制造中作了缜密严谨的考虑到，使整流电源的性能指标进一步提高。

1 高绝缘层抗压强度
本设备额定电流为1150VDC，是世界各国同相逆串联大电流量可控硅整流设备中的最大工作电压。因为同相逆串联技术性特性是规定积分电路的二根反旋光性母线排的间距尽可能小，不然其作用将极大消弱，因此对1150VDC的高电压整流器设备构造的绝缘层作了必不可少的提升，以确保有充足的绝缘电阻抗压强度，具体运转中，电力网的工作电压达到120KV之上，设备仍一切正常运作。
2 减少噪声和震动
在原构造的根基上，对电子整流器采用了总体结构加固对策，使本设备的噪声和震动较山铝商品有显著的减少。
3 沟通交流三相五线
为确保沟通交流三相五线的对称和构造的一致性，将同同样旋光性的沟通交流母线排联成一体由正中间三相五线，且改善了电子整流器沟通交流母线排的机械加工加工工艺，确保了沟通交流三相五线母线排连接对称性。
4 没有渗漏
对于原设计方案中主水管快速接头易渗漏,自来水管充压后澎涨状况，设计方案制作了新的三通接头，选用高韧性管件，合理地解决了渗漏状况。
5 快熔制冷
快熔选用两面水冷散热对策，合理地减少了快熔的溫度。室内温度为38℃，额定电压时快熔最大壳温70℃上下。
6 选用性能卓越的西门子PLC电容器做为换相电容器
除此之外，本设备仍留下了45KA/500V整流电源的优势：选用性能指标出色的ABB４吋晶闸管和荷兰FERRAZ快速熔断器，本设备的其他关键元器件均选用進口或中外合作生产厂家的商品。每台整流电源配备2台浪涌保护箱、3台就地控制箱：电流量调整柜、数据信号维护柜、輔助开关电源柜。所有机器设备均由天津市机电传动控制设计方案研究室设计方案生产制造。
总的来说，万里长城铝业公司常用的35KA/1150V同相逆串联可控硅整流器材有比45KA/500V开关电源高些的主要技术指标和技术水平，在具体运转中安全可靠工作中。
四.全自动减压稳压阀自动控制系统
1.体系结构及原理
每台整流电源电流量调整柜中的全自动减压稳压阀自动控制系统，选用单独的电流量闭环控制系统，具备出色的减压稳压阀特性，即便产生好几个阳极氧化效用，其动态性减压稳压阀精密度仍可以达到0.1%。

图2为全自动减压稳压阀自动控制系统程序框图，其减压稳压阀基本原理简要说明以下：当某一电除尘器产生阳级效用时，其槽压由4V阶跃到30V上下，造成直流电流Id降低，If随着降低，误差电流量DI=Idg-If -，使开启角a移位，輸出交流电压快速上升，维持直流电流不会改变。因为系统软件动态性反应好，调整全过程在ms级就可以进行，因而輸出直流电流起伏不大，仅几十皮安。针对电力网起伏，一样可完成全自动减压稳压阀。
2.整流电源的电流量给出　
(1) 当地给出：在电流量调整柜里手动式设置需要的运转电流量，一般用以调节环节。
(2) 遥控器给出：在控制室各发电机组相匹配的1#~4#电子整流器控制箱手动式设置，根据SPWM将电流量给出数据信号变成0~20mA的电流源数据信号，送至电流量调整柜，那样可合理地防止远距离传送很有可能遭受的影响。在正常的运作时，实际操作员工可在控制室灵便操纵各电子整流器的运转电流量，彼此之间不无拘无束。
(3) 电子计算机给出：由控制室上位机软件数据设置电解法系列产品总电流量给出，与安置于总直流电母线排上的LEM直流电感应器的总电流量意见反馈数据信号构成闭环控制自动调节系统软件，完成系列产品电流量全自动减压稳压阀。电子计算机将总给出根据智能变送器变为0~20mA数据信号各自送到每一个整流器发电机组，全部可控发电机组有一样的电流量给出。
实践经验证明，设定以上三种给出,实际操作灵便、迅速，在必须切投某发电机组时系列产品电流量无显著起伏。在计算机系统控制发电机组资金投入摘除的环节中，各发电机组的輸出电流全自动平分，靠谱地保障了电解法生产制造的必须。
3. 整流电源的数据信号维护系统软件
每一个整流电源均有一台数据信号维护柜，具备健全的保障作用，柜里配备了OMRON C200H系列产品可程序编程控制板（PLC），I/O信号量可以达到200点，并可按照须要灵便拓展。PLC依据操作系统的维护和技术规定进行各种各样讯号的收集、解决，完成发电机组的投、切实际操作、常见故障数据信号的记忆力、警报；在产生跳电常见故障时根据调整柜完成推b、封单脉冲及无载跳电实际操作；与此同时，PLC将全部的数据信号送至主主控室上位机软件自动控制系统（淄博市凯鹏高科工贸有限责任公司企业研发），由上位机软件完成归类解决、表格打印出及声光报警器等，每一个常见故障跳电数据信号和常见故障报警系统均可表明和输出打印，PLC数据信号维护系统软件具备以下作用。
(1) 电流量调整系统软件
a. 当电流量輸出>112% IdN（IdN为直流电额定电压值）时，警报，系统软件正常的工作中；
b. 当设备快熔融断一只时，警报，并自行使整流器电流量輸出减少20%，系统软件再次运作；
c. 当±15V、 24V、同歩开关电源出现异常、輸出电流量达125%IdN、、快熔融断二只等任一常见故障产生时，系统软件根据PLC推b，使开关电源电流量輸出快速降到零，与此同时根据PLC实际操作真空断路器完成无载跳电；
d. 当IdN>130%IdN时，电流量调整系统软件全自动推b，使IdN在十几ms内快速降至零。
(2) 制冷系统
a. 跳电数据信号：主水（双蒸水）温度高、主水低水位线、主水低总流量、主水高氧化还原电位；
b. 报警系统：主水低水位线、主水低总流量、主水温度高、付水过压。
(3) 变电器
a. 跳电数据信号：交流电路负载、浪涌保护器过电压、浪涌电压瞬断、浪涌电压过电流、三相不平衡、压力释放阀释放出来、重煤层气；
b. 报警系统：变电器高溫、轻煤层气、高油量、低油量、预留冷却塔自投、冷却塔汽油泵负载、冷却塔离心风机负载、冷却塔汽油泵总流量紊乱。
五．调节和投用　
1 在出厂调节
本系统软件所有4套整流电源研发成功后，在出产时做好了严苛的系统软件调节、髙压小电流量实验和低电压大电流量实验。
2 当场调节
1999年12月开展当场投用调节：
⑴低电压短路故障大电流量实验，每台发电机组额定值持续运作8钟头；
⑵髙压小电流量实验；
⑶发电机组抗干扰性实验。
3 带电除尘器运作
发电机组立即带电除尘器的串联投用调节：电子整流器负载平衡24钟头运作；一台电子整流器35KA，其他负载平衡24钟头运作。经当场检测，整流器设备晶闸管的均流指数均为0.9之上，电流量减压稳压阀精密度做到0.1%。投用后，运作一切正常，工作中靠谱，做到生产厂家技术标准。
六.整流电源运作噪声及震动
1 每台整流电源带电除尘器运作，因为制作工艺和构造上的改善, 同山铝45KA/500V开关电源对比,运作时噪声及震动均明显变弱。
2 整流电源初次串联带电除尘器运作，当各整流电源电流量升到14KA~20KA，整流器工作电压200多伏时，整流器房间内直流电輸出母线排震动明显，噪声非常大，剖析缘由以下：
(1) 可控硅整流开关电源具备全自动减压稳压阀的特性，它依据DI的尺寸全自动更改开启角a来控制輸出交流电压以做到减压稳压阀的目地，在升电流量的环节中开启角a在90°－25°中间转变；
(2) 为提升輸出相数，减少网侧谐波电流，各整流电源沟通交流进相电压中间具有一定的相位角（本系统软件为15°）。当系列产品工作电压较低时，a角非常大，各整流电源輸出交流电压的瞬时值有较大的误差。各整流电源直流电輸出母线排是立即串联到集流母线排，沒有限流电抗器，只靠母线排中间很弱的遍布电感器来过流保护，因此这时将发生较大的动态性电场，整流电源额定电流越高，误差越大，电场越大；而在二极管整流器系统软件中，其a角自始至终为0°，工作电压瞬时值的误差并不大，因此动态性电场也较小。
(3) 因为整流电源輸出直流电流非常大，直流电輸出母线排多选用多条铝母线排串联组成，这种铝母线排中穿过同旋光性电流量，因此在铝母线排中间造成相互排斥的电驱动力，假如铝母线排横截面较小，而高频率动态性电场非常大，那样电源直流輸出母线排将发生较大的震动和噪声，乃至发生机械设备共震，这也是高电压可控硅整流器的特殊性难题。
经测算，本系统软件各整流电源间交流电压瞬时值的误差较大可达1000V上下，进而会产生非常大的高频率电场，因此造成了非常大的震动和噪声。依据ABB及我所可控硅整流发电机组当场调节运作工作经验，整流器房间内直流电輸出母线排应尽可能选择大横截面铝母线排串联为好，并安裝坚固。本体系在改善和结构加固直流电母线排后，震动和噪声已降到一切正常水准。
七．整流电源的具体性能指标
键入工作电压：同相逆串联1005VAC、三相、50Hz
输出电压：1150VDC
輸出电流量：35KADC
减压稳压阀精密度：0.1%
整流器高效率：98.5%
噪声：<90dB
均流指数：>0.90
负载：112%警报
过电流：125%跳电
净重：约3吨
容积：2300′2800′1150mm
八．结果
本开关电源减压稳压阀精密度、均流指数、噪声等指数均超过或高于国际性领先水准，整流器设备设计方案有效、技术性优秀、构造新奇，工作中靠谱，是中国每台容积最高的（40.25MW）交流电压最大的同相逆串联可控硅整流开关电源。其价钱较海外引入的同行业低40%之上，商品技术水平同进口商品非常，彻底可以替代進口的同行业，是大中型铝电解开关电源理想化的升级换代机器设备。