基于新型整流变压器的整流系统在化工电解业中的应用研究

摘要

随着电力电子技术和控制技术的不断发展，电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各个领域。然而其负面效应也日益明显，电力电子装置的开关动作向电网中注入了大量的谐波和次谐波分量，导致了交流电网中电压和电流波形的严重失真，成为最主要的谐波源。传统的化工电解整流装置中，一般采用整流变压器移相及多重化技术减少进入电网的谐波，但所有谐波均需流过变压器各个绕组。新型整流变压器由于具有特殊结构，能够配合滤波器实现无功补偿和谐波屏蔽功能，提高了变压器的性能，这是以往传统整流变压器所不具备的，所以具有重要的研究价值。论文主要做了以下几个方面的工作： （1）新型整流变压器的原理研究包括对变压器结构介绍，谐波屏蔽的原理以及在化工电解整流系统无功补偿和谐波抑制效果与传统变压器的仿真以及实验对比研究。 （2）滤波器的结构及参数设计研究。滤波器的性能也决定了新型整流变压器是否能够顺利的进行谐波屏蔽，本论文介绍了单调谐滤波器、双调谐滤波器和二阶高通滤波器的结构及参数设计方法，且对阀侧投入和未投入滤波器两种情况进行了仿真以及实验对比研究。 （3）论述了同步信号的测量方法。为了更准确地输出整流器所需的各桥臂触发信号，提高触发信号的对称度、齐整度，克服控制角α受电网频率的波动及电网电压波形畸变的不良影响，着重阐述了基于新型高速、连续和倍频锁相的频率跟踪技术的原理，给出了具体的设计过程，得出了仿真结果。 （4）具体介绍了单神经元自适应PID控制器的原理。建立了基于单神经元自适应PID控制器的稳流系统仿真模型，且与基于常规PID算法的自动稳流系统进行了仿真对比研究。 本文对基于新型整流变压器的化工电解整流系统进行了理论和应用研究，通过对基于新型整流变压器的六脉波整流系统与基于传统变压器的十二脉波整流系统进行MATLAB仿真对比研究，结果表明，新型模型的滤波效果大大超过了传统模型的滤波效果，同时滤波器能够对化工电解整流系统起到无功补偿作用，使得基于新型换流变压器的整流系统在化工电解业有广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本课题的研究背景与意义

1.1.1课题来源及主要技术指标

1.1.2食盐水的电解

1.1.3化工行业电力负荷性质和供电要求

1.1.4化工电解整流装置是电网的主要谐波源之一

1.2化工电解整流系统国内外研究现状和发展趋势

1.2.1国内外研究现状

1.2.2发展趋势

1.3新型整流变压器的化工电解整流系统的基本结构及特点

1.4本文的主要研究内容

第2章新型整流系统的理论分析与仿真

2.1六脉波整流电路的工作原理

2.1.1六脉波整流电路的理想工况

2.1.2六脉波整流基本参数

2.1.3计及换相过程时直流侧电压和换相压降的计算

2.2新型整流变压器及其滤波系统的接线方案研究

2.2.1新型整流变压器的接线方案

2.2.2新型整流变压器及其滤波系统的接线方案

2.3新型整流变压器的工作原理及其技术特点

2.3.1新型整流变压器的工作原理

2.3.2谐波屏蔽变压器的技术特点

2.3.3新型整流变压器设计容量的计算

2.4算例仿真验证

2.5新旧系统测试结果及其对比

2.5.1新旧系统的介绍

2.5.2新旧系统测试结果及其对比

2.6本章小结

第3章滤波器设计

3.1滤波绕组滤波器设计

3.1.1单调谐滤波器

3.1.2双调谐滤波器

3.1.3二阶高通滤波器

3.2直流侧平波电抗器参数设计

3.3仿真波形及实测结果比较

3.4本章小结

第4章化工电解整流装置设计

4.1大功率硅整流装置的特征

4.2大功率整流装置的研究

4.2.1单台机组主电路

4.2.2三相全控桥的同相逆并联

4.2.3多台整流机组供电系统

4.2.4单机组控制角与档位的配合

4.3同步信号的捕获

4.3.1同步信号获取的基本方法

4.3.2基于新型高速、连续和倍频锁相的频率跟踪技术

4.4数字触发技术

4.5大功率整流主电路保护技术

4.5.1过电流保护

4.5.2过电压保护

4.6本章小结

第5章化工电解整流系统自动稳流控制的设计与实现

5.1自动稳流控制的意义

5.2稳流控制系统的结构与原理

5.2.1稳流控制系统的结构

5.2.2稳流控制原理

5.3稳流控制系统的设计

5.3.1受控对象特性分析

5.3.2稳流控制器的原理

5.3.3稳流控制系统的原理框图

5.4稳流控制系统仿真

5.4.1常规PID控制的系统仿真建模

5.4.2单神经元定电流PID控制的系统仿真建模

5.4.3仿真结果及分析

5.5本章小结

结论

参考文献

附录A攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢