張志偉，趙振威

（寧夏金昱元化工集團(tuán)有限公司，寧夏青銅峽751601）

應(yīng)用微分電路實(shí)現(xiàn)整流電流精確控制

張志偉，趙振威

（寧夏金昱元化工集團(tuán)有限公司，寧夏青銅峽751601）

介紹了整流機(jī)組的電流控制單元的改進(jìn)內(nèi)容。通過改進(jìn)，解決了因電流升幅過大而引起的氯氫壓差波動(dòng)的問題。

電解槽；整流機(jī)組；直流輸出電流；微分電路

寧夏金昱元化工集團(tuán)有限公司新引進(jìn)的2套該型離子膜電解槽，按一拖一方式配套國產(chǎn)整流機(jī)組。在投用初期，由于整流機(jī)組電流調(diào)節(jié)幅度過大，屢次引起氯氫壓力劇烈波動(dòng)，給正常生產(chǎn)造成一定影響。采用微分電路對(duì)整流機(jī)組的電流控制單元進(jìn)行改進(jìn)后，取得了明顯效果。

1 整流設(shè)備簡介

該公司新建2萬t/a燒堿裝置，引進(jìn)2套意大利電解槽，按一拖一方式配套國產(chǎn)ZHSFPT—10 000/35型整流變壓器和KHS—16 000/515型整流柜組成的整流機(jī)組，該機(jī)組采用三相全控橋、單機(jī)組12脈波、非同相逆并聯(lián)整流方式。正常開停車或升降負(fù)荷時(shí)，為防止系統(tǒng)出現(xiàn)功率因數(shù)過低和諧波含量過高等不良現(xiàn)象，采用升降有載開關(guān)與改變觸發(fā)脈沖角度相配合的優(yōu)化方式控制電流。

為滿足離子膜電槽對(duì)直流電流的高精度控制要求，離子膜電解整流機(jī)組直流電流的控制除采用整流變壓器內(nèi)設(shè)移相式有載27級(jí)自耦調(diào)壓粗調(diào)外，還可以通過整流控制柜的核心單元—全數(shù)字晶閘管觸發(fā)調(diào)節(jié)控制器（以下簡稱觸發(fā)器）進(jìn)行細(xì)調(diào)。該觸發(fā)器采用雙窄脈沖移相觸發(fā)方式，可以用手動(dòng)或自動(dòng)模式方便地對(duì)電槽電流進(jìn)行全過程、微級(jí)差控制調(diào)節(jié)，其中手動(dòng)模式又分觸摸屏本控和工藝系統(tǒng)DCS遠(yuǎn)控2種途徑。

2 現(xiàn)場現(xiàn)象及原因分析

新裝置投運(yùn)后，在每次的開停車過程中或因生產(chǎn)需要升降負(fù)荷時(shí)，都要通過工藝系統(tǒng)DCS遠(yuǎn)控途徑按照工藝要求升降電流，而此時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流升幅過大（最大為220～240 A/次）現(xiàn)象。在開車過程中，如此大的電流變化往往造成電解液位波動(dòng)、氯氫壓差波動(dòng)等明顯異常，這顯然不能滿足離子膜電解工藝對(duì)直流電流高平穩(wěn)性的要求。

為了有效解決這一問題，首先對(duì)DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)控電解電流的控制過程進(jìn)行分析。整流控制系統(tǒng)原理框圖見圖1。

圖1 整流控制系統(tǒng)原理圖

圖2 微分電路圖

從圖1可知，當(dāng)操作人員自DCS操作站發(fā)出升電流指令后，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算后通過控制柜I/O卡件輸出信號(hào)至光電隔離模塊，經(jīng)光電耦合后，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器KA1。之后，KA1的動(dòng)合觸點(diǎn)接通整流控制柜內(nèi)的升流繼電器KA2線圈，再由KA2的動(dòng)合觸點(diǎn)接通觸發(fā)器的脈沖調(diào)整電路，從而提升整流柜輸出電流。降電流時(shí)另有類同電路，原理相同。

表觀上看，正常的升降電流過程是一種間歇性的微級(jí)差調(diào)節(jié)過程。在此過程中，KA1、KA2始終處于間歇性閉合狀態(tài)，其輸出雖為干接點(diǎn)，但與下游電路配合后卻相當(dāng)于輸出脈沖信號(hào)，即KA1的閉合時(shí)間決定了KA2的閉合時(shí)間，也可以認(rèn)為，KA1輸出脈沖的寬度決定了KA2輸出脈沖的寬度。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，KA2輸出脈沖的寬度恰恰與觸發(fā)器輸出脈沖的改變量呈正相關(guān)關(guān)系，即KA2閉合時(shí)間長，則觸發(fā)器輸出脈沖的移相角度就大，電解電流的改變量（升幅）也大。

經(jīng)過深入分析和試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，因KA1的驅(qū)動(dòng)程序中雖無得電自鎖功能，但為保證繼電器可靠動(dòng)作，其指令信號(hào)設(shè)有0.5 s的自保持時(shí)限，加上繼電器每次動(dòng)作時(shí)的固有時(shí)間約50 ms,KA1每次輸出脈沖的寬度約為550 ms；又由于KA2為無延時(shí)、無自鎖設(shè)置的從動(dòng)性繼電器，其每次輸給觸發(fā)調(diào)節(jié)控制器的脈沖寬度約達(dá)到600 ms，正是如此寬度的指令信號(hào)，直接造成了觸發(fā)器輸出脈沖移相過度，從而導(dǎo)致了電解電流的升幅過大。

圖2虛線框內(nèi)電路即為新增設(shè)的微分電路，其中，C為微分電容，根據(jù)KA2的線圈電壓等級(jí)，選470 μF/50V電解電容；R為放電電阻，選4.7 kΩ/0.5 W色環(huán)電阻即可；D為續(xù)流二極管，選1N4007即可。微分電路效能原理見圖3。

圖3 微分電路效能原理圖

3 電路改進(jìn)及效果檢驗(yàn)

基于上述現(xiàn)狀，決定從縮短KA1或KA2的閉合時(shí)間著手，有效降低電槽每次提升負(fù)荷時(shí)的電流升幅。

由于KA1繼電器的閉合時(shí)間由DCS系統(tǒng)的應(yīng)用程序決定，其500 ms的自保持時(shí)限雖有冗余之嫌，但卻是合理、必要的設(shè)置，其程序已統(tǒng)一固化，若隨意調(diào)整，極有可能降低整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和靈敏性。要降低電槽提升負(fù)荷時(shí)的電流升幅，只能著眼于縮短KA2的閉合時(shí)間。為此，嘗試采用微分電路限制KA2的得電閉合時(shí)間，具體電路見圖2。

在t=0時(shí)，KA1吸合，KA2前端A點(diǎn)輸入電壓，Vi由零突變?yōu)?4 V。在這一瞬間，電容C還來不及累積電荷，因此，Vc=0，輸入24 V電壓全部降落到KA2線圈Rz上，KA2吸合，由其控制的下游升流指令電路輸出端Vo發(fā)生幅度為E的正跳變。當(dāng)t＞0時(shí)，電容C的電壓按指數(shù)規(guī)律上升，KA2線圈Rz的電壓Vz則按指數(shù)規(guī)律相應(yīng)地下降，當(dāng)t=（3～5）RzC時(shí)，電容C的電壓接近穩(wěn)態(tài)值24 V，而Vz相應(yīng)地下降為零，KA2釋放，Vo恢復(fù)為零電平。可見，先前本應(yīng)與Vi同樣脈寬的Vo，因微分電路的作用，使Vo變窄了，并且因Rz值不變，C值愈小，則KA2得電吸合的時(shí)間愈短，升流指令電路輸出電壓Vo的脈寬就愈窄，電解電流升幅就越小。

電路改進(jìn)后，經(jīng)反復(fù)操作試驗(yàn)，KA2每次的得電閉合時(shí)間縮減至約150 ms，電槽每次提升負(fù)荷時(shí)的電流升幅由220～240 A降至40～50 A，完全符合微級(jí)差精確控制電解電流的工藝要求。

4 可行性分析

電容、電阻、二極管等器件均為價(jià)格低廉、體積小的常用電子元件，經(jīng)久耐用，可在整流控制柜內(nèi)的任一狹小空間安裝固定，通過細(xì)線連接，即可長期應(yīng)用。況且，由電容、電阻、二極管等器件組成的微分電路處于KA2繼電器線圈的前端外圍，連接線十分方便，絲毫不破壞控制柜內(nèi)電路系統(tǒng)的完整性。因此，本方案既經(jīng)濟(jì)又簡便，是可行、實(shí)用的。

5 需要說明的問題

本改進(jìn)方案應(yīng)用微分電路，是由于它具有保留輸入信號(hào)變化部分而削弱不變化部分的功能，即該微分電路可以將來自KA1的寬方波信號(hào)變換為尖脈沖，既驅(qū)動(dòng)KA2吸合，又保證KA2不至于長時(shí)閉合。但在具體應(yīng)用中，還需注意以下幾點(diǎn)。

（1）KA2的閉合時(shí)間取決于RzC值，由于KA2均為MY4NJ/DC24V繼電器，其直流電阻Rz=650 Ω不變,則C值愈小，KA2每次閉合的時(shí)間愈短，有利于電解電流的微級(jí)差精確控制，但當(dāng)C值過小時(shí)，KA2可能來不及吸合就已被微分電容隔離，電流控制功能反而失靈。所以，針對(duì)不同場合、不同設(shè)備，應(yīng)當(dāng)根據(jù)對(duì)電流升幅的具體要求，合理選擇C值。

（2）放電電阻R的作用同樣重要。在KA1間歇斷電的時(shí)段，只有將電容C兩端的電荷通過R釋放并恢復(fù)到接近零電平后，才允許KA1發(fā)出下一個(gè)方波脈沖指令。但選取R值時(shí)，至少要考慮以下2個(gè)因素。首先，R應(yīng)遠(yuǎn)大于KA2線圈的直流電阻值，至少保證R≥5Rz，只有這樣，才不會(huì)增加KA1的觸點(diǎn)負(fù)荷，也不會(huì)因分流過多而影響KA2的靈敏吸合。其次，根據(jù)KA1每兩次得電吸合之間的最短間歇時(shí)間tq一般為20～45 s，應(yīng)使RC遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于tq，即RC＜＜tq，至少保證R≤tq/5C，只有這樣，才能保證在KA1發(fā)出下一個(gè)指令信號(hào)前將C兩端電荷放盡。

（3）二極管D兼具續(xù)流與放電作用，既可在KA2斷電瞬間提供電流通路，削弱自感電動(dòng)勢，又可為電容C的放電提供加速通道，其作用不容忽視。實(shí)際應(yīng)用中，需格外注意該二極管的連接極性，陰極接電源正，陽極接電源負(fù)。

6 結(jié)語

離子膜整流裝置的電流控制系統(tǒng)經(jīng)過上述成本極小的改進(jìn)后，有效改善了每次提升負(fù)荷時(shí)因電流升幅過大而導(dǎo)致氯氫壓差波動(dòng)嚴(yán)重的不良狀況，微級(jí)差精確控制電解電流技術(shù)上也更臻完善。除此之外，還消除了一項(xiàng)隱性缺陷，即便KA1因指令程序出錯(cuò)或自身卡滯等原因出現(xiàn)觸點(diǎn)長時(shí)間接通的現(xiàn)象，也不會(huì)造成電流失控的嚴(yán)重后果。

Precise control of rectifier current by fine tuning electrical circuit

ZHANG Zhi-wei，ZHAO Zhen-wei
（Ningxia Jinyuyuan Chemical Group Co.,Ltd.,Qingtongxia 751601,China）

The transformation of electric current control unit on rectifier was introduced.The problems of chlorine and hydrogen pressure fluctuations caused by electric current increasing degree too large were resolved.

electrolytic cell;rectifier;direct output current;fine tuning electrical circuit

TM461

B

1009－1785(2011)02-0007-02

2010-09-25