电解铝用大功率整流器的设计
摘要
电解电源属于低压大电流设备,其品质的好坏直接关系着电解产物的纯度,同时作为电解行业最主要的能量消耗者,其效率的高低关系着行业的节能增效,其功率因数及谐波畸变率的大小关系着对电网污染程度的高低,因此,研制高品质、高性能的电解电源是电解行业实现节能增效、环保绿色化的重要途径。
设计简要概述了铝电解供电特点、国内的研究现状,指出了项目研究背景及意义;详细阐述了110KV硅整流装置供电系统的组成以及各主要部件的工作原理及特点;着重研究了110KV供电整流系统中的整流电路设计方案的确定;通过对整流供电系统的改造,提高了供电系统的可靠性。从而切实提高了整流效率,降低了电能损耗,确保了电解整流供电系统安全、经济、可靠运行。对降低单吨铝的电耗、减少环境污染,提高企业的生产效率和经济效益以及促进企业的现代化进程。因此,具有重要意义。
关键词:铝电解，整流变压器，硅整流装置，晶闸管，稳流控制
DESIGN OF HIGH POWER RECTIFIER FOR ELECTROLYTI
C ALUMINUM
ABSTRACT
Electrolytic power belongs to low voltage large current equipment,its quality has close relationship with the lssctorytic product purity,meanwhile as the main energy consumer in the electrolysis industry,its efficiency is in relation to the quanytity of energy saving,its power fsctor and harmonic distortion is in rdlation to the poliution level to power network,therefore,for the electrolysis industry,developing high quality power is an improtant way to achieve the goals, such as energy-saving,environmental protection,greening and so on.
The thesis synopsis said an sluminum electrolysis power supply characteristics,present domestic research condition,pointing out the project research background and meaning;Elaborated the 110kV silicon rectifying the constitute of the power supply system and work principle of each main parts and characterisitics;Emphasized to study in the 110kV rectifying system to power supply of the rectifying transformer design project to develop and make sure.Pass to the reformation that the rectifying power supply system, raise credibility of the power supply system,lowers single ton aluminum consuming of the electricity energy,electrical energy loss is reduced,safety,economical and reliable operation of the electrolytic power supply system..reduce pollution of the environment,raise the production efficiency and economic performance of the business enterprise and promote the modern progress of the business enterprise.Consequently,have important meaning.
Keywords:Aluminumelectrolyze,Stabilized current control, Rectifying transformer, SCR，Silicon rectifying device.
目录
1 绪论 (1)
1.1 设计背景 (1)
1.2 设计意义 (2)
1.3 国内外整流技术现状 (2)
1.4 未来发展趋势 (3)
1.5 110kV整流器原理 (3)
1.6本设计的主要参数 (4)
1.7 本设计的主要任务 (4)
2.主电路设计 (7)
2.1整流变压器的选型 (7)
2.1.1变压器种类及比较 (7)
2.1.2 整流变压器的参数计算 (8)
2.2 交流滤波装置 (9)
2.3整流电路的选型 (10)
2.3.1 同相逆并联方式： (10)
2.3.2 双反星形带平衡电抗器方式 (11)
2.3.3带平衡电抗器双反星形可控整流电路的计算公式及晶闸管的选择 (15)
2.4 直流滤波 (18)
2.4.1滤波装置的比较 (19)
2.4.2滤波装置的选择 (20)
2.5 直流检测装置................................................ 错误！未定义书签。
3 触发电路的设计 ................................................... 错误！未定义书签。
3.1同步变压器.................................................. 错误！未定义书签。
3.2触发电路.................................................... 错误！未定义书签。
3.2.1 KJ004的工作原理...................................... 错误！未定义书签。
3.2.2 KJ004电参数.......................................... 错误！未定义书签。
3.3 隔离驱动 ................................................... 错误！未定义书签。
4 整流主电路保护技术................................................ 错误！未定义书签。
4.1过电流保护.................................................. 错误！未定义书签。
4.2 过电压保护 ................................................. 错误！未定义书签。
5.总结 ............................................................. 错误！未定义书签。参考文献 ........................................................... 错误！未定义书签。致谢 ............................................................... 错误！未定义书签。附件1 .............................................................. 错误！未定义书签。附件2 .............................................................. 错误！未定义书签。附件3 .............................................................. 错误！未定义书签。
1绪论
1.1 设计背景
随着电力电子和计算机技术的迅速发展,各种电力电子装置也广泛应用在冶金、化工和高压直流输电等关键技术领域。特别是在冶金方面,我国已经在短短的几十年时间,成为了有色金属工业大国,这些金属大都是用熔盐电解的方法制得的。其中铝、锰、铜等金属的电解已形成大规模的工业生产。例如,我国电解铝和电解铜在 2010 年的产量已经达到 1666 万吨和 480 万吨,嫣然已成为世界电解金属的大国。但是这些行业都是属于高能耗高谐波污染的行业,而且消耗的是二次能源——电力,在产生效益的同时也消耗了巨大的电能和自然资源。我国虽然地大物博,但是我国是能源资源严重短缺的国家,石油、天然气人均剩余可采储量仅仅是世界平均水平的 7.7%和 7.1%,储量比较丰富的煤炭也只有世界平均水平的 58.6%,因此节约能源在可持续发展中占有很重要的部分。“十一五”计划期间,工业的迅速发展对能源的需求急速增加,由 2005 年的 15.96 亿吨增加到了 2010 年的 24 亿吨左右标准煤。在《“十二五”节能减排综合性工作方案》中明确指出在节能减排方面,到 2015 年国内所生产的总值能耗比 2010 年下降 16%;全国氮氧化物和氨氮排放总量比 2010 下降 10%。由此可以看出,我国所有的高能耗、高污染的行业必须在未来五年里实现节能的目标,这意味着其生产系统必须进行节能的改造。而整流系统是电解工业的核心装置,其整流效率、供电可靠性直接跟电解生产的过程有密切的联系。所以通过对整流系统部件的优化设计来提高大功率整流系统的节能刻不容缓。大功率整流系统利用电力电子器件将交流电变换为直流电,由于电力电子的非线性及系统的大电流特性,电能变换过程中必然产生大量的谐波,其不仅对电网带来严重的谐波污染,影响电力系统安全、稳定与控制,而且也增加供电设备的负担,增大了它们的电能消耗,且引起变压器的振动与噪声污染等环境问题。随着全球能源日益紧张与环境污染的加重,大功率整流行业的谐波治理、功率因数提高及系统综合节能降耗是一个亟待解决的问题。
早期的电解加工直流电源以直流发电机组为主，具有电源噪声大、效率低、稳压精度不高、体积庞大等缺点。随着半导体技术尤其是电力电子技术的发展，用大功率硅二极管整流开发出了性能明显好于直流发电机组的大功率直流电源，并逐步取代了直流发电机组直流电源。硅整流直流稳压电源稳定、可靠、效率和功率因数都较高，主要缺点是稳压精度较低，在5%左右，且短路保护时间长，约25ms。另外值得注意的是硅整流电源的铁耗、铜耗较高，导致成本偏高。为了进一步提高电源性能和降低成本，大功率可控硅器件的发展把电源推到了一个新的水平。于是，可控硅调压及稳压的直流电源又逐渐取代了硅整流电源，使得电源的稳压精度提高到了1%，短路保护时间仅为10ms。近年来，随着大容量模块式可控硅、可关断晶闸管（GTO）以及集成触发模块的出现，解决了可控硅直流稳压电源的可控硅器件的触发和均流问题，从而使电源容量增大，运行更加稳定可靠。通过对整流供电系统的改造,可以提高供电系统的可靠性，对降低单吨铝的电耗、减少环境污染,提高企业的生产效率和经济效益以及促进企业的现代化进程，具有重要意义。电解工业中的主要生产设备—
水利电力学院1
—电解槽, 需要由直流电源供电，硅整流装置担负着将高压三相交流电源变换为电压较低的直流电源的任务。而作为电解电源使用的大电流硅整流装置从原理上来讲是非常简单的，简单地说就是一个工频整流电路，但由于其工作电流较大，伴随而来的电磁场以及谐波问题己到了不可忽视的地步。另外，大电流硅整流装置的每一个整流臂均由多只硅器件并联而成，这样就存在电流均匀分配的问题，对于每一个整流臂甚至整个硅整流装置来说，均流系数同样是一个非常重要的技术指标；同时，借助现代数字化功能实现传统已有大功率整流技术及装备的升级换代对于提高系统可控性、可靠性、安全性等性能具有十分重要的意义。
1.2 设计意义
大功率整流行业主要包含冶金(电解铜、电解锰、电解铝等)、化工(电解食盐水、电解氢氧化钠等)等行业,在大功率的能量转化过程中给电力系统带来了谐波与无功电流污染,同时系统能耗巨大,属于高耗能、高污染行业。大功率整流系统主要有整流变压器、滤波器、整流柜等装置组成的,对它进行综合节能的优化也就是对整流系统各个部件的优化。
对大功率整流系统进行节能优化,一方面对于企业通过优化那些高能耗的产业,用电成本降低,并且原材料也大大降低,提高了生产效率能为企业带来很大的经济效益。另一方面,电能损耗的降低,伴随着煤炭等能源资源的节约,为国家的可持续发展做了很大的贡献。最后,对于大功率整流系统,大大地减少了那些非线性负载产生的谐波对电力系统的污染,从而实现了绿色节能的宗旨。
所谓整流系统部件节能的优化设计,就是保证产品在满足性能需求、符合国家标准和行业要求或者对用户提出的某些特殊要求,并且使产品安全可靠运行的情况下,实现效率最高、损耗最小的优化。整流变压器是作为整流装置电源用的变压器,在整流系统中占有的比重相当大,工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变压器与整流器组成的整流设备而得到的。整流变压器的优化设计可以提高产品的纯收益,使产品更具有竞争力。因此,整流变压器在整个电力系统中的作用越来越重要。
随着对煤炭石油等一次能源需求的日趋增长,资源已经日益枯竭,市场竞争日趋激烈,加上原材料的价格不断上涨,整流器的经济性越来越受到大家的关注。此设计使得整器的运行在满足其他性能参数正常运行的情况下,最大限度的降低损耗,节约能源,降低成本,提高变压器的运行效率和经济效益。整流器是电解系统中非常重要的设备,它的好坏直接可以影响整流效果,对整流器进行优化设计可以降低生产的成本并且减小运行损耗,从而提高变电效率。对于一个年产6万吨铝的中型铝厂,每年耗电约10亿kwh。每 kwh按0.1元, 则一年消耗的电费为1亿元。近几年改造的整流设备,普遍节约能耗为3%左右,即每年可节约300万元左右。因此对整流器的节能优化有重要的意义。因此对整流器进行损耗低、成本低的优化设计,在大功率整流系统的节能优化过程中有很重要的作用。
随着控制技术的发展，晶闸管整流器在国内已成为应用的首选，二极管整流器仍然被采用，而斩波整流器的应用尚处于萌芽阶段。
1.3 国内外整流技术现状
2
水利电力学院
整流系统主要是由整流变压器、滤波器、整流柜等装置组成的,其中整流变压器的损耗在整流系统部件中占有很大的部分,整流柜中的电力电子器件是整个整流系统的核心部件。目前,国内外大功率整流系统大多采用二极管、晶闸管作为整流元件,半导体二极管的出现开辟了能量变换的新方式,由它构成的整流系统具有谐波小的优点,但是二极管的开通与断开不能控制。随着晶闸管的出现,以晶闸管为代表的整流技术,具有调压范围广精度高、可靠、高效率以及控制灵活、操作简单的优点,并且在相关领域得到了广泛应用和发展。近阶段,GTR、GTO、MOSFET、IGBT等这些大功率可关断器件,在整流系统中得到了应用,具有控制灵活、谐波减小等优点。但是,目前可关断器件的价格、电路复杂、产生高次谐波、耐压等级、容量等因素限制了晶闸管在实际工程中的广泛应用。目前晶闸管整流在我国电解领域占有主导地位。
现阶段,大功率整流系统在电解化工行业大多应用多重化技术,基于新型整流变压器的整理系统不仅可以减少整流系统对整个电力系统的谐波污染,而且还
可以减小输出的电压和电流畸变率。但是传统的整流系统采用的整流变压器接线方式对于材料的利用率很低。
在大电流工业应用中，晶闸管相控整流器是最常用的技术。晶闸管整流器效率较高，大约97%。晶闸管整流器的一个重要特点是输入电流有谐波。这是由于触发角变化产生无功，因此需要进行谐波及无功补偿。晶闸管整流器的主要优势是：高效率、高可靠性、负载电流控制得好、成本低和技术成熟。缺点是：产生无功、产生电流谐波、需要使用滤波器。
1.4 未来发展趋势
晶闸管整流器以其在性能、效率、可靠性与成本上的优势成为一项最实用的技术。斩波整流器在效率、性能方面优于晶闸管整流器，但能否战胜晶闸管整流器还要依赖于实际经验的积累，只有这样，才能使之趋于成熟。
1.5 110kV整流器原理
水利电力学院3
交流电源经整流变压器降压和隔离后经过滤波，接入整流电路，由控制器通过驱动隔离电路发出触发脉冲驱动整流桥换流器件，实现将交流电转换成脉动直流，并经平波电抗器后给负载供电。其中控制器是核心部件，通过由网侧检测的电压电流信号实现信号同步，脉冲发生、电参量的测显及相关保护作用；由直流侧检测到的直流电压电流信号可实现恒压恒流、恒功率等各种控制与运行模式，同时该组信号也可作为系统电参量测显和相关保护动作的依据。
1.6本设计的主要参数
本设计根据青海电解铝厂引进了160kA大型预焙阳极中间下料电解槽技术，采用网侧电压为110kV，共有四套整流机组用来提供直流电流的整流系统，其中单机组额定输出直流分别为 1150V、40kA；四套机组同时运行即正常状态下，分别输出40kA、1150V 的直流电，则四台机组一共会输出160kA、1150V 的直流电。
1.7 本设计的主要任务
1.通过查找相关资料确定整流装置及主电路连接方案，并对相关器件进行选择与计算。
2.等确定出整流装置及主电路连接方案后设计触发电路。
3.对过电流、过电压设计出保护电路。
4.整流装置产生谐波会使电网的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪
4
水利电力学院
表不准确，谐波还会对通信系统造成干扰，轻者产生噪音，较低通信质量，重者导致信息丢失，是通信系统无法工作。所以要设计抑制谐波的措施。
5. 编写合理的控制程序流程图和相关软件程序。
6. 进行资料的相关整理.编写设计说明说，准备毕业答辩.
水利电力学院5
6
水利电力学院
2.主电路设计
2.1整流变压器的选型
整流变压器的不同于电力变压器它有很多参数,并且参数之间相互影响。一个参数变量一旦确定那么会对后面的参数进行约束。由于电磁相互影响的关系,整流变压器的设计电磁部分的计算也是很重要的,需要反复迭代选取最优的参数。其中计算过程涉及到整流变压器的重要参数,如温升,损耗,电压等级,电流大小,铁心直径等参数。有些参数是要符合国家规定的,因此,在符合相关条件下使产品更加节能。
整流变压器的技术条件包括:产品型号、额定频率、额定电压、绕组联接组号、短路阻抗、空载损耗、负载损耗、等。这些条件必须满足国家规定,在整流变压器的设计过程中还有一些具体的约束条件,例如温升,效率等。这是整流变压器的特点,并且对整流变压器的优化非常重要。
2.1.1变压器种类及比较
目前电力系统中双绕组变压器和三绕组变压器的应用都非常广泛。它们的主要区别在于：双绕组变压器只能从一个电压等级变压到另一个电压等级，而三绕组变压器能从一个电压等级变压到另外两个电压等级。
如图3三绕组变压器的每相有三个绕组，当一个绕组接到交流电源后，另外两个绕组就感应出不同电势，这种变压器用于两种不同电压等级的负载。这样就可以用一台三绕组变压器来代替两台双绕组变压器，以达到减少设备、降低成本的目的。发电厂中经常出现三种不同等级的电压，所以三绕组变压器在电力系统中应用非常广泛。
三绕组变压器每相的高、中、低压绕组均套在同一铁芯柱上。为了绝缘结构的合理使用，一般把高压绕组放在最外层，中压和低压绕组放在内层。对升压用的三绕组变压器低压绕组放在高、中压绕组之间，对降压变压器是将中压绕组放在高、低压绕组之间。
A B C
图2-1传统双绕组变压器
水利电力学院7
水利电力学院
8
B C a 1
b 1
c 1
a 2
b 2
c 2
图2-2 三绕组整流变压器
2.1.2 整流变压器的参数计算
1.变压器二次绕组电压
输出最高槽压（即负载上直流电压平均值）
V U d 1150=（2-1）
217.1U U d = （2-2）
V U U d 98317.1115017.12===
∴（2-3） 考虑一般情况下控制角0≥α
，以及电网跌落等因素，选取d U U ≥2，所以变压器次级绕组相
电压选取1150V 。
2.变压器二次侧电流有效值
输出极化电流即负载电流满载时平均值为40kA 。由公式知每只可控硅的平均电流为： 6
1d I =6.67kA （2-4） 变压器二次侧电流有效值：
kA I I d 547.111212==
（2-5）
3.变比： 304348.1911150102203
2112=?==U U K （2-6）
水利电力学院 9
32U U =；304348
.19113=∴K ；13223==U U K （2-7）
4.容量的计算 MVA I U S 3.133222==（2-8）
MVA S S 3.1323==（2-9）
我国制造的三绕组变压器，三侧绕组的额定容量有以下三类，第一类，额定容量比为
100/100/100。第二类，额定容量比为100/100/50。第三类，额定容量比为100/50/100。此变压器第二侧、第三侧容量相同所以选择额定容量比为100/100/100的变压器。此变压器三侧绕组的额定容量都等于变压器的额定容量，所以
MVA S N 3.13=（2-10）
5.额定频率N f ，我国一般为50Hz 。
6.变压器的结构，网侧为三角形连接，二次侧和三次侧用星型连接。
本设计选用陕西西高电能集团有限公司的SFSZ9-31500/110H 型三相三绕组变压器。
2.2 交流滤波装置
电网中的谐波会使整流出的直流电带有谐波，还会使元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表不准确，谐波还会对通信系统造成干扰，轻者产生噪音，较低通信质量，重者导致信息丢失，是通信系统无法工作。所以要设计抑制谐波的措施。
无源滤波法通常采用电容电抗，以及电阻共同构成滤波器，通过调节滤波器的阻抗参数使得它们在特定的频率条件下表现出低阻抗的特点，这样特征次谐波的电流在通过滤波器时将被短路，这样滤波器在电网中正常工作时将会在一定程度上吸收谐波电流，这将减轻后者对于电网的危害，从而达到谐波治理的目的。
为了对电网中主要次谐波电流进行治理，通常可以将很多不同谐振频率的滤波器进行并联，以与不同频率的谐波电流形成谐振。无源滤波的方法采用的是滤波器对原系统进行分流的原理来治理谐波的，这是一种应用时间最长，也是最普通，使用范围最广的谐波治理方式。由于滤波器的阻抗呈容性，因此滤波器还可以补偿系统的感性无功功率，提高整个系统的功率因数。
并联交流滤波器有常规无源滤波器、有源滤波器、连续可调交流滤波器三种形式。
现已投运的直流输电工程中，交流滤波器大部分都采用常规无源交流滤波器。常规无源滤波器的设计制造、调试、安装及运行等技巧已非常成熟。
LC 滤波器具有结构简单、设备投资少、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，应用很广泛。LC 滤波器又分为单调谐滤波器、高通滤波器、双调谐滤波器及三调谐滤波器等几种。LC 滤波主要是
电感的电阻小、直流损耗小、滤波效果好。缺点是：体积大、笨重、成本高、用在要求高的电源电路中。RC滤波中的电阻要消耗一部分直流电压,R不能取得很大,用在电流小要求不高的电路中。RC 体积小、成本低、滤波效果不如LC电路。
本设计交流滤波采用LC滤波，滤波原理图如下图2-3：
C
L
图2-3 LC滤波
2.3整流电路的选型
目前大电流硅整流装置常见的主回路接线方式有同相逆并联和双反星形带平衡电抗器方式两种：
2.3.1 同相逆并联方式：
同相逆并联就就是利用相同相位、极性相反的两根导排组成的母线在整流装置中并联应用，要求条件是变压器阀侧由一个线圈分为二个线圈，而且要反极使用，它的特点就是利用通过导体产生的磁力线相互抵消，达到减少导排的互感，最终减少母线的交流阻抗，达到提高功率因数的目的。当导排中的电流达到一定数值以上时，导排中电流产生的磁力线在周围的钢结构中产生电动势，形成涡流，涡流电流使钢结构发热，生成附加损耗。采用同相逆并联后，可以减少这种附加损耗。
同相逆并联方式的特点：
在可控硅整流电源中应用同相逆并联技术,可消除交流磁场的影响,起到均衡阀侧母线电流,提高功率因数,减少运动噪音和振动,减少金属件涡损发热等作用,有利于各项运行指标的提高。整流效率提高到98%,功率因数提高到0.92,稳流精度提高到0.1%,从而可以大幅度降低原铝电耗。输出直流电压提高到1200V,从而可以增加原铝产能。
10
水利电力学院
－
图2-4 同相逆并联接线图
2.3.2 双反星形带平衡电抗器方式
如图7，带平衡电抗器的双反星形晶闸管整流电路。整流变压器的副边每相有两个匝数相同、极性相反的绕组，分别接成两组三相半波电路，如图2-4所示，a、b、c一组和a’、b’、c’一组。其中a与a’、b与b’、c与c’分别绕在变压器相应同一相铁芯上，使变压器副边两绕组的极性相反，故命名为双反星电路。
从图中可以看出双反星形的整流电路实际上是由两组三相半波整流电路并联而成，每组只供给总负载电流的一半。它与由两组三相半波电路串联而成的相桥式电路相比，输出电流可增大一倍。
而且由于变压器副边两绕组的极性相反，所以也可以消除铁芯的直流磁化。
水利电力学院11
L
图2-5 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
带平衡电抗器的双反星形可控整流电路的原理：
整流变压器二次侧为星型接法的两个绕组,a与a’、b与b’、c与c’接在三相变压器的三个铁芯柱上，且匝数相同但同名端位置相反，使Ua与Ua’、Ub与Ub’、Uc与Uc’的电压大小相等、相位差180度。两个绕阻分别接成两组三相半波共阴极接法的整流电路，通过平衡电抗器Lp并联起来。变压器二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化。平衡电抗器Lp是从中心抽头，左右两部分绕在同一铁芯上，匝数相等，绕向相同，用来保证两组三相半波整流电路能同时并联导通，每组承担一半负载。因此，与三相桥式电路相比，在采用相同晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可大一倍。
当两组三相半波的控制角α=0o时，两相整流电压、电流的波形如图2-6所示。在图中，两组的相电压互差180o，因而相电流亦互差180o。其幅值相等，都是I d/2。以a相而言，相电流i a与i a，出现的时刻虽不同，但他们的平均值都是I d/6。因为平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。因此本电路的利用绕组的极性相反来消除直流磁通势的。
在这种并联电路中，在两个星形的中点间接有带中间抽头的平衡电抗器，这事因为两个直流电源并联运行时，只有当两个电源的电压平均值和瞬时值均相等时，才能是负载电流平均分配。在双反星形电路中，虽然两组整流电压的平均值U d1和U d2是相等的，但是它们的脉动波相差60o，它们的瞬时值是不同的，如图2-8a所示。
现在把六个晶闸管的阴极连接在一起，因而两个星形的中点n1和n2间的电压便等于u d1和u d2之差。其波形是三倍频的近似三角波，如图2-8b所示。这个电压加在平衡电抗器L p上，产生电流i p,它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流或平衡电流。考虑到i p后，每组三相半波承担的电流分别为I d/2±i p。为了使两组电流尽可能平均分配，一般使L p值足够大，以便限制环流在其负载额定电流的1%~2%以内。
12
水利电力学院
水利电力学院 13
图2-6双反星形电路，α=0o时两组整流电压、电流波形
u b)a)
图2-7平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形
如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流器电路，在任一瞬间只能有一个晶闸管导电，其余五个晶闸管均承受反压二阻断，每个管子的最大导通角为60o，每个管子的平均电流为I d /6。
当α=0时，六相半波整流电路的U d 为1.35U 2，比三相半波是的1.17U 2略大些，其波形如图5a 的包络线所示，由于六相半波整流电路因晶闸管导电时间段，变压器利用率低，估计少采用。可见，双反星形与六相半波电路的区别在于有无平衡电抗器。
以下分析由于平衡电抗器的作用，使得两组三相半波整流电路同时导电的原理。
在图2-8a 中取任一瞬间如ωt 1,这时u b '及u a 均为正值，然而u b '大于u a ,如果两组三相半波整流电路中点n 1和n 2直接相连，则必然只有b'相的晶闸管能导电。接了平衡电抗器后，n 1、n 2间的电位差加在L p 的两端，它补偿了u b '和u a 的电动势差，使得u b '和u a 相的晶闸管能同时导电，如题2-7所示。由于在ωt 1时电压u b '比u a 高，VT 6导通，此电流在流经L p 时，L p 上要感应一电动势u p ,它的方向是要阻止电流增大。可以导出平衡电抗器两端电压和整流输出电压的数学表达式如下：
121221d d an n c n n p U U U U U U U -==='（2-11）
整流器的原理： 在以大功率二极管或晶闸管为基础的两种基本类型的整流器中，电网的高压交流功率通过变压器变换为直流功率。提到未来（不久的或遥远的）的其它类型整流器：以不可控二极管前沿产品为基础的斩波器、斩波直流/直流变换器或电流源逆变型有源整流器。显然，这种最新型的整流器在技术上包含较多要开发的内容，但是它能显示出优点，例如它以非常小的谐波干扰和1的功率因数加载于电网。 二极管整流器 所有整流器类别中最简单的是二极管整流器。在最简单的型式中，二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较窄的范围内控制。 晶闸管整流器 在设计上非常接近二极管整流器的是晶闸管整流器。因为晶闸管整流器的电参数是可控的，所以不需要有载抽头变换器和饱和电抗器。 因为晶闸管整流器不包含运动部件，所以晶闸管整流器系统的维修减少了。注意到的一个优点是晶闸管整流器的调节速度较二极管整流器快。在过程特性的阶跃期间，晶闸管整流器常常调节很快，以致能够避免过电流。其结果是晶闸管系统的过载能力能够设计得比二极管系统小。 整流器的现状： 目前，业界推出的节能灯和电子镇流器专用三极管都十分注重对贮存时间的控制。因为贮存时间ts过长，电路的振荡频率将下降，整机的工作电流增大易导致三极管的损坏。虽然可以调整扼流圈电感及其他元器件参数来控制整机功率，但ts的离散性，将使产品的一致性差，可靠性下降。例如，在石英灯电子变压器线路中，贮存时间太大的晶体管可能引起电路在低于输出变压器工作极限的频率振荡，从而
三相PWM 整流器控制器设计 PWM 整流器能够实现整流器电网侧的电流为正弦，从而大大降低整流器对电网的谐波污染。PWM 整流器同时能够实现电网侧电流相位的控制，常见的有使得电网侧电流与电源电压同相位，从而实现单位功率因数控制，也可以根据需要使得电网侧电流相位超前或滞后对应的电源相电压，从而实现对电网的功率因数补偿。 三相PWM 整流器主电路和控制系统原理图如图1所示，其中A VR 为直流侧电压外环PI 调节器、ACR_d、ACR_q分别为具有解耦和电源电压补偿功能的dq 轴电流内环PI 调节器，PLL 为电源电压锁相环，SVPWM 为电压空间矢量运算器，Iabc to Idiq、Vabc to ValfaVbeta和Vdq to ValfaVbeta分别为三相静止坐标-两相旋转直角坐标变换、三相静止坐标-两相静止直角坐标变换和两相旋转直角坐标-两相静止直角坐标变换。 图1 基于空间矢量的三相PWM 整流器原理图
根据开关周期平均值概念、三相电压型PWM 整流器开关函数表等，可得到三相电压型PWM 整流器在dq 坐标下微分方程形式和等效电路形式的开关周期平均模型。经过dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图如图2所示，其中小写的变量表示该变量的开关周期平均值，大写的变量表示该变量在工作点的值。 v dc d dc q 图2 基于dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图 对解耦和电源电压补偿之后的dq 轴等效电路进行工作点附近的小信号分析，即可得到小信号下的传递函数如式(1、（2）和（3）所示，其中L 、R 分别为交流侧的滤波电感及其等效电阻，C 为直流侧滤波电容，Dd 为d 轴在工作点的占空比。 ~ i d (s αd (s ~ i q (s αq (s ~ v dc (s i d (s V dc (1
大功率二极管整流装置 大功率二极管整流装置将高压的交流电源直接降为低压交流同时配合二极管整流装置将之变换为石墨化炉用的直流电，系统组成比较复杂，维护保养工作较多。 我厂大功率二极管整流装置主要有以下几个部分组成 变压器包括变压器本体、整流装置、油水冷却装置、控制操作台以及高压保护系统。 1、变压器本体，变压器本体主要组成部分有大油枕、小油枕、呼吸器、瓦斯继电器、压力 释放阀、油温传感器、高压套管、有载调压开关、无载调压开关、低压出线铜排、以及变压器外壳和内部的绕组、电抗器等。 变压器的接线方式等数据可以在铭牌上查到。 下图是我厂3#、4#炉变的铭牌
1、变压器本体 此特种变压器高压侧移相7.5度，低压侧为双反星型带平衡电抗器同相逆并联接线方式。 交流侧输出电压为6相交流。 移相：在绕组高压侧采用曲折绕组的方式，使电压的相位发生变化，本变压器为正移相 7.5度，多台变压器移相配合可以降低整流装置注入电网的谐波提高功率因数 双反星型带平衡电抗器接线方式可以在使用同样的元器件的情况下将电流提高一倍电压降低一倍，适用于大电流低电压的场合，比如石墨化炉。 无载分接开关可以在无电压的情况通过串入或切除绕组的方法来改变变压器的匝数比，调节电压。 有载分接开关可以在带电压、带负载的情况下调整变压器的电压， 两个调压开关的配合使用可以输出工艺要求的电压和电流，顺利完成生产任务。 高压套管主要起绝缘的作用，将35KV的高电压和变压器外壳绝缘起来。 瓦斯继电器通过变压器油的气化来推动输出报警和故障信号，使变压器安全可靠运行。 当变压器油热胀冷缩时油枕内的空气通过呼吸器进出，既保证了变压器内部的压力平衡，又隔绝了外部可能窜入的水分对变压器绝缘的破坏。 压力释放阀在变压器内部严重故障时可以打开快速释放出高压的油和气，降低变压器内部的压力，保护变压器外壳和密封性能不受破坏 大小油枕利用同一个枕体内部隔开，大油枕连接变压器本体，小油枕连接调压开关。两侧各有个油位计可以实时显示大小油枕的油位。 油温传感器可以显示实时的油温，并远传至操作台供油温控制器显示并判断故障。 2、整流装置 分左整流、右整流以软铜排和变压器二次出线相连。内部主要有12个整流桥，其中6组共阳极6组共阴极，分别汇接在直流母排的负极和正极上。每个二极管前都串联了一个快速熔断器，器件过流时快熔动作，输出报警同时切断电路保护整流器件不受损坏。 整流器上面也有一套保护装置 瓦斯继电器在整流内部故障时输出报警和故障信号 压力释放阀保护整流器外壳和密封性能。 热电阻温度计检测整流器温度 母线热电偶检测正负母线的温度，上传至控制器作为保护和故障判断的依据 整流器的保护方式还有阻容的过电压抑制回路，和二极管的均流检测回路。有兴趣的可以深入研究。 3、油水冷却器 主要由油泵、油泵控制箱、油流继电器、油压检测、螺旋板换热器和晾水塔构成 油泵为变压器和整流装置油循环提供动力提高散热效果，即强迫油循环方式。 油泵控制箱控制两台油泵的启动同时中继油流信号和油压信号。 螺旋板换热器交换高温的变压器油和晾水塔来的冷水之间的热量 晾水塔将和变压器油换热回来的热水通过自然蒸发降低其温度，然后循环回换热器 4、操作台 操作台是对整流装置操作，以及保护的低压设施。主要有各种变压器和整流器的远方操作按钮、各种控制器以及信号显示和报警等构成。主要包含大量的继电器控制回路、显示仪表、控制仪表等。操作台是整个整流装置的灵魂，各种显示数据必须准确、报警和保护的动作必须准确。必须严格按照操作规程操作，避免误操作引起的停车事故。5、高压保护 整流装置投资巨大，若有严重故障很难维修，而且会严重影响正常生产。所以对变压器
重庆大学电气工程学院 电力电子技术课程设计 设计题目：单相桥式可控整流电路设计 年级专业：****级电气工程与自动化学生姓名：***** 学号： **** 成绩评定： 完成日期：2013年6月 23 日
指导教师签名：年月日
重庆大学本科学生电力电子课程设计任务书
单相桥式可控整流电路设计 摘要：本文主要研究单相桥式PWM整流电路的原理，并运用IGBT去实现电路的设计。概括地讲述了单相电压型PWM整流电路的工作原理，用双极性调制方式去控制IGBT的通断。在元器件选型上，较为详细地介绍了IGBT的选型，分析了交流侧电感和直流侧电容的作用，以及它们的选型。最后根据实际充电机的需求，选择元器件具体的参数，并用simulink进行仿真，以验证所设计的单相电压型PWM整流器的性能。实现了单相电压型PWM整流器的高功率因数，低纹波输出等功能。 关键词：PWM整流simulink 双极性调制IGBT
目录 1.引言 ......................................................... - 5 - 1.1 PWM整流器产生的背景.................................... - 5 - 1.2 PWM整流器的发展状况.................................... - 5 - 1.3 本文所研究的主要内容.................................... - 6 - 2.单相电压型PWM整流电路的工作原理 ............................. - 7 - 2.1电路工作状态分析......................................... - 7 - 2.2 PWM控制信号分析......................................... - 8 - 2.3 交流测电压电流的矢量关系............................... - 9 - 3.单相电压型PWM整流电路的设计 ................................ - 10 - 3.1 主电路系统设计......................................... - 10 - 3.2 IGBT和二极管的选型设计................................. - 11 - 3.3 交流侧电感的选型设计................................... - 11 - 3.4 直流侧电容的选型设计................................... - 12 - 3.5 直流侧LC滤波电路的设计................................ - 13 - 4.单相PWM整流电路的仿真及分析 ................................ - 13 - 4.1 整流电路的simulink仿真............................... - 13 - 4.2 对simulink仿真结果的分析............................. - 16 - 5．工作展望 ................................................... - 16 - 参考文献 ...................................................... - 17 -
电子镇流器的工作原理与常见故障修 一、概述 自GE公司的因曼博士(Inman)等在1938年发明了实际应用的荧光灯，到现在已有近70年的历史。虽然新型光源不断出现，但在一定的时间范围内，荧光灯作为主要照明光源的地位可能难以改变。在日光灯发展的过程中，廉价实用的电感镇流器和启辉器，解决了荧光灯的启动与限流问题，对荧光灯迅速发展和普及曾起到过积极推动作用。然而，时至今日，资源变得越来越紧张了，电感镇流器消耗太多的有色金属使人们一定要想办法用更廉价的电子产品来替代它，电子镇流器在上世纪八十年代应运而生，到目前已 经非常普及。 电子镇流器所用元器件少，电路简单，容易制造，并且市场需求量大，是电子爱好者开始创业时的首选产品，有条件的同学，如果打算出去后大干一场的话，也可以考虑先制造电子镇流器。据我所知在仙 桃市，就有几个人在专门制造电子镇流器。 本讲座开办的目的是让同学们关注灯具的变化，了解日光灯电子镇流器的工作原理，学会修理和制 造电子镇流器。 二、普通日光灯的缺陷 普通日光灯的缺陷除消耗有色金属太多外，其对电能的损耗也是不容忽视的。电感镇流器的绕组的欧姆损耗和铁芯的涡流损耗较大，约占灯功率损耗的15%左右。在荧光灯如此普及的今天，电感镇流器所消耗的总能量是十分巨大的。此外，电感镇流器的功率因数较低，一般为0.5左右，会造成电网的严重污染，电力部门不得不加大功率因数补偿电容，增加了电力成本。 三、电子镇流器的特点 电子镇流器的工作原理是将工频(50Hz或60Hz)电源变换成20～50KHz左右高频电源，直接点灯，无需其它限流器件。与电感镇流器相比，电子镇流器具有以下优点： 1、节能： 1）照明效率提高 普通荧光灯的工作频率为50Hz，其照明高效率因所谓的正电(或负电)降落的存在而很低，当电源频率在1000Hz以上时，这种正电(或负电)降落现象消失。而电子镇流器工作频率一般都在20一50kHz，不产生正电或负电电位跌落，这就是电子镇流器能提高照明效率的原因。 2）电子镇流器自身功率损耗低。 电子镇流器的自身消耗功率较难测量，经间接测量估算，工作点调整较好的电子镇流器，其自身消 耗一般都在灯功率的5%以下。 2、其它优点 由于应用了高频电感，电子镇流器体积小，重量轻；低电压可启动点燃灯管；无需启辉器；无频闪， 无噪声等等。 四、电子镇流器的组成与主流电路分析 1、电子镇流器的组成
有载调压整流变压器额定参数计算示例 项目示例：包头铝业ZHSFPTB-113200/220自耦有载调压整流变 包头铝业股份有限责任公司三期电解铝清洁生产、扩大合金产能、节能技改项目，工程建设厂址为包头铝业股份有限责任公司电解三公司。该工程利用原电解三公司空闲场地及现有的共用辅助设施，采用一次规划、分步实施的方案，先行建设4 万吨电解铝，两年内，逐步改造为 13.8 万吨，项目投资 81420 万元。企业自筹资金。 电解铝生产工艺选用240KA中间加料预焙阳极电解槽技术。新建两栋电解厂房内安装 218台240KA中间下料预焙阳极电解槽，并采用电解烟气密闭机器集气氧化铝吸附干法净化技术。 此项目供电系统按年产140Kt电解铝用电负荷考虑，全厂最大负荷为 203430KW。确定220KV系统主接线采用双母线系统，两回路220KV电源进线，整流所选择四组调压-整流变压器及整流器。辅助电力变压器二台。 技术要求： 1.网侧电压U1=220kV（+7.5%,-5%）；当电网电压为220kV-5%时，保证机组直流额定输出电压仍保 持1050VDC，电网电压220kV+7.5%时不过激磁，且能长期运行。 3. 单机最高直流空载电压Udi0=1200 V；单机直流额定电压 UdN=1050V； 4. 单机直流额定电流 IdN=2×45kA； 5.整流变最大分接总额定阻抗：14~16%； 6.单机脉波数：P=12；总脉波为：12X4=48；主变采用两个独立铁芯。主变一次侧设移相线圈，移相 角：±3.75°、±11.25°共4台； 7.调变补偿绕组电压9.5kV，容量20000kVA； 8.有载粗细调压：粗调5级，细调16级，调压级数共79级；调压范围：5%~105%； 9.额定总损耗：不大于950kW； 10.冷却方式：OFAF；饱和电抗器调压深度70V； 11.调变的联结组别为YN a0 d11，主变的联结组别为ZN y0-y6/d11-d5； 12. 调变、主变（含饱和电抗器）采用分箱合体结构；调变与主变之间采用油-油套管联结； 13. 绕组的绝缘水平：网侧LI950AC395；阀侧AC6；中性点LI325AC140； 额定参数计算： 一、单机最高直流空载电压Udi0、阀侧交流线电压U2； 【验证性计算，在很多项目中只给出Udn，Udi0需自行计算；】 这个数值包括五个部分。即 1)额定直流电压U dN； 2)各种电抗压降； 3)各种损耗对应的电阻压降； 4)电网电压波动百分数；
6脉冲、12脉冲可控硅整流器原理与区别 2007-2-8 10:36:00文/厂商稿出处：https://www.doczj.com/doc/ee630509.html, 摘要：本文从理论推导、实测数据分析、谐波分析和改善对策、性能对比四个方面详细阐述6脉冲和12脉冲整流器的原理和区别。对大功率UPS的整流技术有一个深入全面的剖析。 一、理论推导 1、6脉冲整流器原理： 6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别控制，所以叫6脉冲整流。 当忽略三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，延迟触发角a为零，则交流侧电流傅里叶级数展开为：
(1-1) 由公式（1-1）可得以下结论： 电流中含6K?1（k为正整数）次谐波，即5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 图1.1 计算机仿真的6脉冲A相的输入电压、电流波形2、12脉冲整流器原理： 12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端、增加移
相变压器后在增加一组6脉冲整流器，使直流母线电流由12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。 下图所示I和II两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。 12脉冲整流器示意图（由2个6脉冲并联组成） 桥1的网侧电流傅立叶级数展开为： (1-2) 桥II网侧线电压比桥I超前30?，因网侧线电流比桥I超前30? (1-3) 故合成的网侧线电流
(1-4) 可见，两个整流桥产生的5、7、17、19、...次谐波相互抵消，注入电网的只有12k?1（k为正整数）次谐波，即11、13、23、25等各次谐波，且其有效值与与谐波次数成反比，而与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 图1.2 计算机仿真的12脉冲UPS A相的输入电压、电流波形二、实测数据分析。 以上计算为理想状态，忽略了很多因数，如换相过程、直流侧电流脉动、触发延迟角，交流侧电抗等。因此实测值与计算值有一定出入。
毕业设计（论文） 题目PWM整流器的设计学院（系）：自动化学院
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、保密囗，在10年解密后适用本授权书 2、不保密囗。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名： 年月日 导师签名： 年月日
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书 学生姓名覃峰专业班级电气0702 指导教师袁佑新教授胡红明讲师工作单位自动化学院 设计(论文)题目: PWM整流器的设计 设计（论文）主要内容： 熟悉整流的原理，对整流技术进行综述、比较，并设计出整流器硬件电路和软件程序。 要求完成的主要任务: （1）外文资料翻译不少于20000印刷符； （2）查阅相关文献资料（中文15篇，英文3篇）； （3）掌握整流的原理； （4）撰写开题报告； （5）熟悉整流技术国内外的研究现状、目的意义； （6）对整流技术进行综述、比较； （7）计出整流器硬件电路和软件程序。； （8）绘制的电气图纸符合国标； （9）撰写的毕业设计（论文）不少于10000汉字。 必读参考书： [1] 王兆安，黄俊.电力电子技术.第4版.北京：机械工业大学出版社，2007 [2] 杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006 [3] 张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业大学出版社，2003 指导教师签名系主任签名 院长签名(章)
百度文库- 让每个人平等地提升自我 目录 摘要....................................................................................................................................................................... ABSTRACT ............................................................................................................................................................I 1引言. 0 2荧光灯电子镇流器系统组成框图及其工作原理 0 2.2荧光灯电子镇流器设计电路原理图 (1) 2.3荧光灯电子镇流器工作过程 (1) 3电子镇流器工作特点 (2) 4 20W荧光灯电子镇流器元件参数 (2) 5电子镇流器的接线图 (3) 6电子镇流器的元器件选择 (3) 6.1整流滤波电路 (3) 6.2启动电路 (4) 6.3半桥式逆变器电路 (4) 6.4输出谐振电路 (7) 7调试 (9) 8 结束语 (10) 参考文献 (11) 致谢 (12)
摘要 荧光灯电子镇流器的工作原理及其组成电路决定了荧光灯电子镇流器比电感镇流器节能。但由于大多数荧光灯电子镇流器的电路设计存在缺陷、生产商偷工减料等原因，其节能作用没有得到广泛认可。随着性能优异的新产品的不断出现及绿色照明工程的不断深入，荧光灯电子镇流器的节能作用会越来越受人们的重视。 本文介绍了一种性能优良的荧光灯电子镇流器的电路结构，工作原理及其设计路线。这种由整流滤波电路、启动电路、半桥式逆变器电路、输出谐振电路组成的半桥逆变式荧光灯电子镇流器电路，具有低压启动、快速启动、效率高、自身耗电小、体积小、重量轻、适应电源电压范围宽等优点。实验结果证明这种电子镇流器具有良好的工作性能。 关键词：荧光灯电子镇流器；高频振荡；串联谐振；节能
电子镇流器常见拓扑结构及工作原 理 复旦大学王凯 版权保护抄袭必纠 摘要 金属卤化物灯（简称金卤灯）作为高强度气体放电灯的重要灯种，由于拥有诸多优点而在绿色照明领域得到广泛应用，特别是在城市道路、商业广场、超市、摄影和工矿照明中大量使用，有着非常大的市场发展空间，随着金卤灯的广泛应用，与之相配套的金卤灯电子镇流器的开发也成为了研究热点。 金卤灯作为高强度气体放电灯的一种，其物理和电特性与大多数高强度气体放电灯类似，论文第一章首先对高强度气体放电灯的发光原理和电子镇流器工作原理作了简单介绍。论文第二章对常见类型的电子镇流器的结构及工作原理作了介绍。 论文第三章针对150W金卤灯的物理特性和电特性设计了一款低频方波式电子镇流器，并对镇流器各部分电路参数作了理论计算。 论文第四章通过MATLAB/simulink仿真了功率因数校正电路和低频方波逆变电路，仿真结果验证了电路的设计合理性，其中功率因数校正电路设计合理，校正后输入侧功率因数为0.97，满足设计要求；低频方波电路能实现灯的低频方波驱动和灯电流恒流控制。论文同时对逆变电路在电流换向时所存在的电流过冲问题提出了一种解决方案，仿真结果显示，该方案能有效解决电流过冲问题。 论文第五章根据电子镇流器设计方案搭建了实际电路，实验结果验证了设计方案的有效性。其中功率因数校正电路在不同输入电压下均能实现功率因数校正，校正后输入侧功率因数在左右。低频方波逆变电路在开环状态下能实现灯电压的低频方波逆变，输出灯电压与理论设计吻合。由于时间限制，对灯电流的恒流闭环控制功能并没有实现。
关键词：金卤灯，电子镇流器，功率因数校正，低频方波逆变 1 绪论 金卤灯是高强度气体放电灯的一种，本章首先介绍了气体放电灯的发光原理，然后对电子镇流器的镇流原理作了分析。最后对气体放电灯所存在的声谐振现象作了介绍。 1.1 气体放电灯的基本特性 在通常情况下，气体是良好的绝缘介质，其电路阻抗可视为无穷大。但是在光辐射、强电场、离子轰击和高温加热等条件下，气体可能会被击穿，发生电离并产生可自由移动的带电粒子，此时气体由绝缘体转变为导体，这种现象称为气体放电。气体被击穿后，带电粒子不断地从电场中获得能量，并通过与其他粒子相互碰撞的形式将能量传递给其它粒子。这些得到能量的粒子可能会被激发，发生能级跃迁，但跃迁后的激发态粒子并不稳定，会自发返回基态，跃迁回基态的粒子会产生电磁辐射、释放光子，这即是气体放电灯的发光原理。 图1.1为气体在一定条件下放电的伏安特性曲线，各段的物理特性如下所示： 图1.1 气体放电的伏安特性 OA段：由场致电离所产生的少量的带电粒子在电场作用下向阳极运动，从而产生电流，随着电场强度逐渐增加，单位时间内到达阳极的带电粒子数增多，电流增大。 AB段：随着电场强度进一步增强，由场致电离产生的带电粒子在电场加速下能全部到达阳极，单位时间内到达阳极的带电粒子不在增加，电流饱和。
我院电解铝厂供电整流及控制技术介绍 随着现代科学技术的不断发展，电解铝厂正不断向大型化，规模化方向发展，我院的供电整流及控制技术在经历了几十年的不断探索后，从设计理念和新技术的应用等方面已实现了全方位的发展和进步，目前已达到国内、外领先水平，单系列电解铝年产能已经达到40 万吨。 一、供配电及整流技术的优势及特点 1、110?330kV配电装置已以实现无油化，运行更安全、更可靠； 2、多种形式的调压整流变压器得到了研制、开发和应用，整流机组实现了低能耗、低噪音、高可靠性的发展要求： 1 ）双圈降压二次调压整流变压器，其优点是结构简单，制造容易、运行可靠。 2）降压自耦调压整流变压器，其优点是型式容量较小，效率较高。 3）（220kV）第三绕组调压整流变压器，其优点是型式容量最小、效率高，有载调压开关所在的第三绕组与主变是磁耦合关系，没有直接电的联系，开关的电压等级不受网侧电压等级的限制，运行可靠。 3、实现了高电压（U dn= 1530V）、大电流（单机100kA）整流装置的开发和应用： 1 ）晶闸管整流技术具有响应速度快、调压范围广、节省投资等优点，对于系列电压较低的小规模电解铝厂具有很好的应用价值。 2、有载调压器开关配自饱和电抗器二极管整流技术在目前电解铝行业中应用最为普遍，也是最成熟的方案，其优点是运行可靠、便于维护。 4、整流所综合自动化装置的应用实现了电解铝厂供配电及整流机组的智能化管理和控制。该装置具有：网络配置简洁合理；抗干扰措施完善；功能强大（将电解铝厂的自动稳流控制、模拟监控等纳入到了微机综合自动化系统中、；实现对110?330kV配电站内的断路器及隔离开关进行远距离计算机遥控分、合闸等功能。 5、电解铝厂谐波治理技术的开发及应用具有国内、外领先水平，主要方案：1、110kV母线集中补偿；2）整流机组（220kV?330kV）的第三绕组补偿。
一、可控硅的工作原理 可控硅是可控硅整流器的简称。它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。 图3-29是它的结构、外形和图形符号。 可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。 图3-30是可控硅的伏安特性曲线。 图中曲线I为正向阻断特性。无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。 曲线Ⅱ为导通工作特性。可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。 曲线Ⅲ为反向阻断特性。当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。
密级：公开 科学技术学院 NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2012 —2016年） 题目基于MATLAB的三相整流器设计 学科部：信息学科部 专业：电气工程及其自动化 班级：电气122班 学号：7022812067 学生姓名：张升林 指导教师：万旻 起讫日期：2015年12月—2016年5月29日
目录 摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................ II 第一章三相整流器的发展状况.. (1) 1 .1 三相整流器发展背景 (1) 1 .2 三相整流器的进展 (1) 1 .3 本论文主要研究的内容 (2) 第二章Matlab-Simulink电力系统仿真介绍 (3) 2 .1 Matlab介绍 (3) 2 .2 Simulink的介绍 (4) 第三章三相整流器的结构和原理分析 (5) 3.1 三相桥式全控整流器结构和原理分析 (5) 3.2 三相PWM整流器结构和原理分析 (5) 第四章三相整流器电路的仿真 (7) 4.1三相桥式全控整流器的仿真 (7) 4.2 三相PWM整流器的仿真 (8) 第五章三相PWM整流器的设计 (11) 5.1 主电路设计 (11) 5.2 功率器件的选择 (11) 结论 (13) 参考文献（References） (13) 致谢 (14)
电解铝用大功率整流器设计 摘要：主要介绍电解铝用220kA、1220V、ZHS型超大功率整流器的技术参数和结构设计，以求达 到高效率、低损耗、小体积、高可靠性等要求。 关键词：超大功率整流器铝电解自动稳流技术高效率 电解铝用超大功率整流器，由于其高电压、强电流以及电解铝的工艺要求，如何使其达到高可靠性、高稳定度、高效率一直是用户十分关注的问题。这篇文章的理论性及实用性均较好，特此推荐，值得从事超大功率电化学整流器的设计者和使用者一读。 青铜峡铝厂三期工程是我国目前规模最大的电解铝在建项目。建成后，单系列年产铝将达到14万吨，也是当前世界上最大的电解铝工程之一。其整流电源全部采用国产设备。国内现已建成投运的最大电解铝生产线单系列年产是10万吨的规模，除最近投运的云南铝厂采用国产设备外，其余8～10万吨级电解铝工程均采用国外引进设备。对于系列电流达220kA、电压为1220V年产量14万吨电解铝的超大功率整流电源设备的研制，其主要技术特点是要求达到高效率、低损耗、小体积、高可靠性和高度的自动化水平，在国内同类产品中居领先水平，在国际上也具有代表性。 1整流装置的主要技术参数 整流电流（系列）：220kA。 整流电压：1220V 理想空载直流电压：1450V 整流机组数：4组 单机组额定整流电流：（37000×2）A 单机组额定直流功率：90.3MW 整流效率：99.8％ 整流主电路连接形式：三相桥式同相逆并联连接。 电网供电电压：220kV 等效整流相数：单机组为等效12相整流，4机组组成等效48相，整流变压器网
侧采用曲折星形和六边形移相。 国内目前几个单系列年产8～10万吨大型电解铝项目的整流器与本项目的主要技术指标对比如表1。表中除青海铝厂一期是80年代投产的以外，其余都是90年代开始投入运行的。由此对比可见，本装置主要技术参数和性能指标的水平在同类产品中是领先的。 表1 电源技术参数 平果铝厂 贵州铝厂一期 贵州铝厂三期 青海铝厂一期 青海铝厂二期 云南铝厂 青铜峡三期 单系列年产量（万吨） 10 8 8 10 10 10 14 交流电网电压（kV） 220 220 220 110 110 220 220 额定直流电压（V） 1150 680 920 1150 1150 850 1220
镇流器的一般工作原理和功能、性能及使用条件的简介 1 名词解释 1．1电光源将电能转换成光学辐射能的器件（有时也用于某些类型的照明器）。 1．2放电灯由气体、金属蒸气或几种气体与金属蒸气的混合放电而发光的灯。 1．3金属蒸气（放电）灯由金属蒸气放电而发光的灯，如汞（蒸气）灯、钠（蒸气）灯等等。 1．4汞（蒸气）灯由汞蒸气放电而发光的灯。 1．5高压汞（蒸气）灯放电稳定时，汞蒸气的分压强达到或大于10000Pa的汞（蒸气）灯。 1．6钠（蒸气）灯主要由钠蒸气放电而发光的灯。 1．7高压钠（蒸气）灯放电稳定时，灯内钠蒸气的分压强达到或大于10000Pa的钠（蒸气）灯。 1．8金属卤化物灯由金属蒸气与金属卤化物分解物的混合物放电而发光的放电灯。 1．9镇流器稳定放电灯放电的器件。 2 放电灯的主要性能及参数名词 2．1启动时间接通放电灯的电源开关至灯能开展工作所需的时间。 2．2再启动时间放电灯稳定工作后断开电源，从再次接通电源到灯重新开始启动工作所需的时间。 2．3启动电压放电灯开始持续放电时，电极之间所需的最低电压。 2．4灯电流光源稳定工作时，通过光源灯头触点上的电流。 2．5额定电压灯的设计工作电压（直流或交流的有效值）。 2．6额定电流灯在额定电压下的设计电流。 2．7额定功率灯的设计功率。 3 镇流器 3．1镇流器的功能 3．1．1将灯的启动电流限制在合适的范围内 启动电流是指灯在接通电源启动后的30秒内或灯预热过程中通过灯的电流。一般情况（尤其在最低温度状态）下，启动电流远大于灯的工作电流，所以每种灯都规定了启动电流的最大值。如果启动电流过大将会缩短灯的使用寿命：电流过小则不能使灯预热至正常的启动状态或完成由辉光放电向弧光放电过程。镇流器提供灯的启动电流就应该既能在较短的时间内启动灯，又不至于影响灯的正常使用寿命。 3．1．2提供的开路电压足以使灯顺利的启动 镇流器的开路峰值电压作为灯的启动电压时，必须足以电离气体放电灯中的气体，即产生峰值电流使电极之间产生辉光至弧光过度的放电，这样才能使灯启动工作。高压汞灯、金属卤化物灯在低温时比较难于启动，由镇流器提供的开路峰值电压必须足够的高。 3．1．3使灯的功率不发生较大幅度的变化 尽管灯在设计和出厂时对灯管的电压有一定范围的规定值，但在实际使用及整个寿命过程中灯管电压值却是变化的，这就需要由配套的镇流器在一定的范围内进行调整，不使灯管功率发生较大幅度的变化。理想的镇流器就应该使新近刚使用的灯和已经接近寿命终端的灯其灯管的功率不至于相差太大。 3．1．4自动控制灯的工作电流 在一定电压范围内的稳定阻抗，是阻抗式镇流器能控制灯的工作电流的基本条件。镇流器是利用电压正比于电流的时间变化率来调节灯的工作电流的。当某个周期中的开路电压导致灯工作电流增大时，镇流器的电感作用就会限制电流的增大速率：当电流开始减少时电感作用就会阻止电流减少的速率。 3．2 镇流器的主要性能指标 3．2．1电源电压和频率 每个镇流器都标明了使用的电源电压和频率，应该严格按规定进行安装、使用。否则，灯不能运行在设计
目录 1.概况 2 2.电气调试流程图 2 3.电气调试准备 2 4.电气设备单体试验 3 5.继电保护整定 11 6.系统操作试验 11 7.PLC系统调试 11 8.整流所送电 17 9.整流机组调试 18 10.质量保证措施 19 11.组织机构 20 12.安全技术措施 20 13.试验仪表、仪器计划 22
某电解铝整流所电气调试方案 1. 概述 某桥铝整流所有五台87000KA整流变压器，经整流装置整流为电解 车间提供直流1080V，240KA电解电源。两台25000KA动力变压器，为全厂提供10KV电源。整流变压器，采用79级调压，保证了电解槽电流调节的需求；整流装置采用12相整流，其直流输出电压电流波动小，为电解提供优质的直流电源，从而保证了电解铝的质量。五台整流变压器和两台动力变压器的一次测，都是由110KV供电，110KV断路器全部采用SF6断路器；10KV断路器采用真空断路。110KV变电站整流所控制采用先进的PLC控制系统，其控制系统由总调PLC、1#整流机组PLC、……5#整流机组PLC、整流循环PLC 组成，各PLC 之间通过通讯网连接，110KV变电站及整流变压器，动力变压器的保护、测量、计量等，全都采用智能装置，通过智能通信管理器与各PLC系统、监控主机和工程师站连接，从而实现了保护、测量、计量、自动控制和监控。 2. 电气调试流程图(见调试流程图21页) 3. 电气调试准备 调试准备是先行工作，对保证调试质量、加快工程进度尤为重要。 调试准备包括：人员准备、技术准备、工作环境准备、调试用仪器仪表准备、工序条件准备。 3.1人员准备 调试人员必须是具备专业知识的工人和技术人员，须经过专门技术培训和操作安全考核，持证上岗。
大功率整流器中快速熔断器的选型 时间：2011-03-16 22:53:18 来源：西安西电电力整流器公司，西安中电变压整流器厂作者：钟授钊，贾继业，吴春学摘要：说明了作为大功率整流器中整流管或晶闸管的短路保护元件——快速熔断器的选型与参数计算。 关键词：整流器；快速熔断器；短路保护 快速熔断器在大功率整流器中与整流管或晶闸管串联连接，作为对整流器件短路故障的保护元件。当整流器件发生反向击穿故障时，快速熔断器快速分断故障支路的短路电流，保护整流器免受故障短路电流的危害。 1 大功率整流器的特点 大功率整流器可以电解铝用整流器为代表，在我国随着单个电解槽产量的提高，电解铝的年产量已由100kt增加到140kt，于是槽电压已由800V 提高到1200V，槽电流已由160kA增至280kA，相应的整流变压器容量已提高到75～100MVA。单台输出电流高达50～75kA的整流器，对整流管、快速熔断器也提出了更高的技术要求。 图1为年产140kt电解铝用直流系统图，它由四组整流机组并联组成，其中一组为备用。每组整流变压器容量2×54.99MVA，向二台1220V、37kA 整流装置供电。整流器采用三相桥式同相逆并联电路，每桥臂由4只ZP-4800V/4500A整流管并联组成，下面讨论如何选用合适的快速熔断器进行保护。 图1 整流系统结构图 2 快速熔断器的选用 2.1 熔断器的额定电压U NF U NF值应稍大于熔断器熔断后两端出现的外加电压稳态最大有效值。对数台整流器并联运行的直流供电系统，当其中某一桥臂短路时，或逆变器中发生桥臂直通故障时，施加在熔断器二端的电压为交流电压U VO与部分直流电压U do之和，可按下式计算[1]： U NF>（三相桥式电路） 或U NF>（双反星形电路） 图1中整流变压器阀侧电压1050V，可选用1200V电压等级的快速熔断器。 2.2 熔断器的额定电流I NF
目录 目录 (Ⅰ) 摘要 (1) 关键词 (1) 一、概述 (1) （一）荧光灯的使用 (1) （二）电子镇流器的优点 (1) （三）荧光灯对电子镇流器的基本要求 (2) （四）电子镇流器有关术语 (3) 二、电子镇流器基础电路分析 (4) （一）电子镇流器基本组成 (4) (二) EMI滤波器 (4) （三）整流器电路（AC-DC变换器） (5) （四）DC-AC逆变器电路 (5) （五）输出级LC串联谐振电路 (6) 三、电子镇流器电路设计 (7) （一）电路工作原理 (8) （二）各元件作用 (8) （三）各元件参数 (9) （四）影响镇流器工作频率的因素 (11) （五）安装与试调 (12) 四、结束语 (12) 参考文献 (13)
摘要：本设计是以荧光灯电子镇流器为研究对象，通过对荧光灯交流电子镇流器电路进行剖析，讲述了电子镇流器的组成、工作原理和优点，荧光灯对电子镇流器的技术要求等相关知识。并通过自己对电子镇流器的认识与理解，设计了一个荧光灯电子镇流器电路，并对其工作原理和每个电子元件的作用进行了讲解，列举元件参数供参考。 关键词：荧光灯电子镇流器原理设计 一、概述 （一）荧光灯的使用 自从我国实施绿色照明工程和节能政策以来，由于荧光灯发光均匀、亮度适中、光色柔和等优点，使其在照明领域中得到了广泛的应用。荧光灯是一种充有氩气的低气压汞气体放电灯，光电转换效率为23%，即所输入电能的23%被转换成了光能，而另外77%的输入电能被转换成了热能。而白炽灯的光电转换效率为荧光灯光电转换效率的1/4～1/3，即输入电能仅有8%被转换成了光能，而其余92%的输入电能被转换成了热能。如果仅将世界上现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的气体放电电子镇流灯，就可以节省200GW的电能。 荧光灯是通过引燃灯管内稀薄的汞蒸气进行弧光放电的，汞离子受激产生紫外线，紫外线通过激发荧光灯管内壁涂层上的荧光粉发出可见光。但是由于荧光灯的负阻工作特性( V//I)，荧光灯在使用时需配用镇流器件。在现在使用的镇流器中，据估计利用高频交流电子镇流器后可较普通电感镇流器节电20%～25%，并且高频交流电子镇流器在使用过程中没有频闪效应。因此电子镇流器得到了广泛的应用。 （二）电子镇流器的优点 目前气体放电灯使用的镇流器主要有两种：电感式镇流器和高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率，体积大、笨重，还需要消耗大量的铜和硅钢等金属材料，散热困难、镇流效率低、发光有频闪等缺点。而电子镇流器则有以下优点：