自饱和电抗器对电解稳流的作用分析

      摘 要：随着工业自动化先进技术的推广和应用，自饱和电抗器在稳流控制系统中的应用日趋成熟和广泛，本文主要介绍自饱和电抗器电解稳流控制技术的作用，该技术的主要特点是运行稳定，控制精度高，且具备串口通讯功能，生产运行中效果良好。

      关键词：电抗器；自饱和电抗器；电解稳流；稳流控制技术

      当前，稳流技术有两种，一种是晶闸管，另一种是自饱和电抗器。尽管晶闸管噪音低、损耗小，稳流效果好，可人们一直认为后一种可靠、稳定，而偏爱之。自饱和电抗器在各种调节设备间应用广泛，对能量传输与阻抗变换起到了很大的作用，如用来控制电解稳流，调节交流电动机的转速，它具有能实现稳流控制，损耗小和调节范围广的优点。随着技术的发展，饱和电抗器在电力系统中的应用前景和潜力日益增大。

      一、饱和电抗器的工作原理
      自饱和电抗器是利用铁磁物质磁化曲线的非线性和饱和特性，较大的交流负载控制是用较小的直流功率来实现的一种电器，即在工作时可根据其特性铁磁物质的磁导率不是常数来完成。由于自饱和电抗器与负载是串联的，可以对负载的功率和电流进行调节，实际上可以把自饱和电抗器看作是能够进行控制的阻抗，自饱和电抗器也可以认为是同时具有交、直流两种励磁电流的平滑可调的交流电阻器。

　　自饱和电抗器的基本工作过程可用铁磁材料的交流导磁系数并随着直流磁场的大小而变化的工作原理来解释。当交流回路电阻Ra　和交流电压Ua不变时，交流电流Ia与交流线圈La有关线圈的电感量公式可以看出，在一定的匝数N和磁路L下，磁路铁芯的磁导率μ与交流线圈的电感量成正比。要使交流线圈的电感得到可以通过改变磁导率，这样就能够使电抗器和电流的容量发生改变。而通常情况下，铁磁物质的磁导率不是一个固定的常数，一般而言，铁芯越接近饱和，磁导率就越减小，而要想直流绕组的励磁电流Id发生变化，可以通过改变铁芯的饱和程度。铁芯的磁感应强度随着Id　的增大而增大，电感值是随着磁导率的减小而减小的，而交流电流Ia反而增大。

      二、自饱和电抗器对电解稳流的作用分析
      1、单台整流机组稳流控制
      串联整流机组A、B两台自饱和电抗器的负偏绕，组成控制绕组，其上加控制电压，最终形成电抗器控制回路，控制电流IK为流过的电流，IK的主要作用是对整流装置的输出电流进行调节。

      正偏电流Ip是在A台电抗器的正偏绕组加固定电压之后形成的，目的是增加电抗器调压深度。而平衡电流是在B台电抗器的正偏绕组加可变电压后形成的，这样A、B两台整流装置就能平均分担负荷，可以避免过负荷事故的发生。

      1.1自饱和电抗器的稳流控制
      稳流控制的机理是：首先要形成反馈If，而反馈If是在整流柜的直流输出电流经电流变换后形成的，与PLC中给定电流Ig经过相比较之后最终形成比较电压，经过PID运算后，比较电压就能控制PLC输出脉冲的占空比，就可以使IGBT的输出电流发生改变，即电流Ik的控制，是对整流装置的输出电流进行控制的。系统的调节过程是：在电解槽内阳极效应发生时，就会提升槽的电压，而当电解槽的电解电流降低时，IGBT的导通角在PID调节器的作用下而变小，输出电压降低，铁芯的饱和角会随着自饱和电抗器控制电流IK的下降而变小，从而导致二极管导通滞后时间变小，整流装置电流输出增加，最后使电解电流达到恒定。

      1.2自饱和电抗器的平衡控制
      平衡控制原理图与稳流控制原理图相同，它们的区别只在于反馈信号与给定信号的不同。平衡控制的机理是在A台自饱和电抗器的正偏电流稳定不变的情况下，B台整流装置的输出电流即为反馈信号，A台整流装置的输出即为电流给定信号，在PLC中进行PID运算与信号比较后，控制PLC输出脉冲的占空比，并使IGBT的输出电流发生改变，使B台自饱和电抗器的正偏电流得到控制，最终保持A与B　台整流装置的输出电流始终一致。其调节过程是：当B台整流装置的输出电流大于A台整流装置的输出电流时，会降低PLC控制器中比较信号的电压，IGBT的导通角经PID运算后就会变小，输出电流下降，即B台电抗器的正偏电流下降，而工作绕组的交流电流方向和自饱和电抗器正偏绕组的电流方向相一致，会相应地减弱正偏电流的增磁作用，也会增大B台电抗器铁芯的饱和角，这样就会导致二极管导通滞后时间变长，B台整流装置的输出电流减小，最终实现A、B两台整流装置平衡控制的目的。

      1.3自饱和电抗器的饱和深度控制
      要使固定的偏移电流Ip形成，就要将单相整流桥的输出电压加到A台电抗器的正偏绕组，这样就可以使自饱和电抗器的动态磁滞回线和动态磁化曲线的横轴向下移动，从而使自饱和电抗器调的压深度得到增加。
   
      2、电解系列稳流控制
      一般来说，某个电解系列的直流电流在200～500kA，这种电解系列一般是由几个整流机组并联供电并且其总直流电流就是这几个单机组输出电流的总和。为了稳定系列直流电流并保持多台整流机组电流调节的同步性，通常会对系列电流稳流总调控制环节进行设置，从系列直流电流传感器获取反馈信号，反馈至总调PLC与系列设定电流进行比较和PID运算，输出结果作为单机组稳流的分调给定，送至各机组PLC，实现系列稳流控制，起到稳定系列电流的作用。

      为了使电解电流得到稳定，自饱和电抗器与每台机组主降压变压器之间进行二次套接，这样电解电流就可以得到稳定，只要在生产过程中控制自饱和电抗器的饱和度就行。自饱和电抗器有一个控制范围（即饱和或截止时将失去稳流作用），当整流机组输出电流超出这个范围时，调整整流变压器就会调变（即自饱和电抗器在饱和的情况下，在升调压变变压器的作用下供电电压会被调高，而当自饱和电抗器截止时，供电电压就会在降调压变压器的作用下被调低）如此一来，各机组电流都可以重新恢复到自饱和电抗器的控制范围内，而从精确控制电解电流。

      三、结 语
      自饱和电抗器对电解稳流的控制具有重大的作用，由于其结构简单、运行可靠、维护方便、过载能力强等一系列优点，自饱和电抗器也较容易掌握，比较实用，不仅可以用来提高电解直流电流的平稳度，而且可以提高电解电流效率，对稳定电解槽的工艺技术条件影响很大。但是自饱和电抗器所产生的损耗也是很大的，但目前并没引起国内电解行业的重视。如果各电解厂仍然采用古板教条的方式来实施稳流控制，那么因此产生的浪费实在可惜。

     参考文献
     [1]陈柏超.新型可控饱和电抗器理论及应用.武汉水利电力大学出版社.2006
     [2]王益考.220kV整流机组稳流控制系统[J].电气时代.2004（02）
     [3]付新民，李建勇，郭莉莉.数字式稳流控制在铝电解整流系统中的应用.