电能是电解铝生产的重要能源，电解铝生产采用的是直流电，电能成本约占电解铝总成本的

  30%-40%。铝电解生产供电有以下特点：①低电压、大电流的直流电；②直流电能生产的连续性；③直

  目前国内大型整流设备有两种整流方式：①整流变+可控硅整流，②整流变（调压开关）

  +自饱和电抗器+二极管整流。电流的控制方式一般都会采用恒流控制，恒定直流电流的调节方式一般为整流变

  自饱和电抗器为直流电压的细调，自饱和电抗器是直流电流恒流控制的主要执行元件，调节直流电压的范

  2减少有载调压分接开关的动作次数，以延长其检修周期和常规使用的寿命，为此饱和电抗器的调压范围应

  大于有载调压开关的直流级差电压（每调一档电压差在12-16V），通常不小于

  两级差电压，同时也不应小于电解一个阳极效应的电压（40-50V直流电压）；

  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，以较小的直流功率来控制较大的交流负载

  的一种电器，即利用铁磁物质的磁导率不是常数这一特性而工作的。饱和电抗器属于交直流同时磁化的非

  线性电抗器，与负载串联，用来调节负载的电流和功率，可以把饱和电抗器看成一个可控制的阻抗，但它

  从上式可知，交流线圈的电感量在一定的磁路L和匝数N下与磁路铁芯的磁导率卩成正比。改变磁

  导率就能改变交流线圈的电感，从而改变电流和电抗器的容量。由于铁磁物质的磁导率不是常数，在正

  常工作下磁导率随铁芯的饱和而减小，而铁芯饱和程度的变化能够最终靠改变直流绕组的励磁电流Id来实现。

  Id增大则铁芯的磁感应强度增大，铁芯接近饱和，磁导率减小，从而电感值减小，交流电流Ia随之增大。

  由此可见，直流电流的大小能控制交流输出电流的大小，将直流绕组称为控制绕组，交流绕组称为工作

  芯饱和，磁阻很小，整流桥臂D3完全导通，负载电流Id几乎全部流经BK3的工作绕组，与此同时，电

  抗器BK1的铁芯在反向电压（Ua-Ub为负）的作用下逐渐去磁，至®t=t2时刻电抗器BK1的铁芯恢复到

  起始状态，整流桥臂D1封闭，电流为零，完成一个换相过程，如图3所示。由此可见，由于饱和电抗器

  延迟到cot=ti时刻，改变了整流桥的直流输出电压，达到了调节的目的，其对应角度为a称为饱和角，是

  指BK3铁芯从开始增磁至达到饱和状态的角度，它的大小主要由饱和电抗器铁芯

  的起始状态来决定，也就是控制绕组中的直流电流的大小来决定，随控制电流的大小的变化而变化。

  电抗器的控制绕组有正偏绕组和负偏绕组两种，在实际应用中通常将正偏绕组称作偏移绕组，而将

  负偏绕组称作控制绕组。通过电抗器工作绕组的电流方向是固定的，而负偏绕组所加电流的方向与工作绕

  组的电流方向相反，当控制绕组（负偏绕组）中的电流增加时，饱和电抗器的饱和角增加，三相整流桥的

  当电解效应造成电解直流电压升高或电网电压下降，电解直流电流下降时，可以使电抗器的控制电

  流Ik相应减小，对应的电抗器饱和角a减小，三相整流桥的换相角延迟减小，整流装置的输出电压增加，

  正偏绕组也叫做偏移绕组，主要起到两个作用：一个是增加饱和电抗器的调压深度，另一个是平衡

  件IGBT,经过控制IGBT占空比以改变电抗器的控制电流和偏移电流，IGBT 的配专门驱动电路，电流闭

  环的PID调节采用PLOW软 指令控制。稳流控制管理系统的控制器是饱和电抗器，按控制方式划分有两种，

  一种是负控制方 式，即饱和电抗器控制电流增加，整流器输出电流减少： 器控制电流增加，整流器输出电

  管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使 IGBT关断。（G、

  驱动电路 控制IGBT占空比，即导通角度从而控制其输出电压大小，采用了 PWM技术，

  脉宽调制（PWM ）基本原理：控制方式是对逆变电路开关器件的通断来控制，使输出端 得到一系列

  幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形 的半个周期中产生多个脉

  冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐 波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进

  采用N+1 结构及形式，即6 台整流机组各配置I 套分调PLC空制器稳流装置实现单机组的小闭 环稳流

  控制；总调控制由1 台总调PLc 控制器完成，安装于中央控制室，实现系列直流电流的 大闭环稳流控制。

  PLd 动稳流控制管理系统由硬件和软件两部分所组成，硬件部分包括单机组 PLC

  稳流控制器、系列总调PLC急流控制器、三相桥式整流桥（IGBT 模块）组件、IGBT驱动电路以及 电

  源模块、附件等组成。软件部分包括 PLC系统软件、PID控制系统软件以及有关自动控制软件组 成。

  生阳 极效应时，槽电压上升，电解电流下降时， 输出电压降低，饱和电抗器控制电流

  平衡控制原理图与稳流控制原理图相同，只是给定信号与反馈信号不同。平衡控制的原

  理是保持A台饱和电抗器的正偏电流不变，将 A台整流装置的输出电流做为给定信号，将 B 台整流装置

  的输出电流做为反馈信号，在 PLC中进行信号比较和PID运算后，控制PLC输出 脉冲的占空比，改变

  IGBT的输出电流，从而控制E台饱和电抗器的正偏电流，使 A B 台整 流装置的输出电流从始至终保持一致。

  装置的输出电流时，PLC控制器中的比较信号电压下降，经 PID运算后IGBT的导通角变小,

  输出电流下降，也就是B 台电抗器的正偏电流下降，由于电抗器正偏绕组中的电流方向与工

  5. 电解系列稳流控制 一般大型整流系统由几个单 机组并联组成，系列电流等 于几个单机组输出电流之

  时判断各单机组饱和电抗器的工作状态，自动控 制有载开关的升降，使饱和电抗器始终工作在线性区，从

  而进一步提高系列电流的稳定性。 系列电流控制原理图如图上图所示。其调节过程如下：

  当电解负载增大时，系列电压上升，系列电流 Id 降低。因设定电流Ig 不变，所以Uf ；

  △ UT— UgdT，使机组控制电流Ik 降低。如果效应大于控制电压，因饱和电抗器已经饱和， 总自动调节

  该控制系统采用主从控制结构：主站选用西门子 S7-300 控制器，从站选用S7—200 控制器，主 站与从

  站之间的通讯采用PROFIBUS-DP 数据传输速率高达12Mbp 最多125 从站）通讯协议。

  总调PLCf 单机组PLC!过现场总线PROFIBU实现数据传输和交换，监控计算机与总调PLC采用 MPI

  （波特率为187. 5 千位/秒，两个结点之间的通讯距离50 米，最多连接32 个站）网络通讯， 控制方式的

  选择及系统信息的显示均由上位机实现。 通信线路主-从之间均采用光缆。后台之 间用网线。其系统图如

  1.控制程序：电解系列总电流的恒电流、恒安时控制是通过调节整流机组的直流输出电压 来实现的。正常

  运行中，电网电压或电解槽负载的波动应在饱和电抗器的调节范围内而获得 精确的闭环控制。对于超出饱

  列总电流正超出或负欠流时，总PLC自动对各整流机组的有载分接开关进行降档、升档操作， 使电流进

  入目标范围内。正常运行中6 台整流机组中的任意1 台因故退出运行对，总调PLC自动 切换整流机组运

  行方式（即从6 机组运行方式切换到5 机组运行方式），同时，自动调整各机组 恒电流闭环控制的给定

  值，并进行5 台整流机组的有载分接开关的升档操作， 使总电流输出达 到系列电流运行目标值水平。

  软件的总体结构分为两部分，一是总调PLC稳流大闭环控制系统软件，二是机组PLC稳流小闭 环软件。

  总调PLC勺主要任务是总电流设定与总电流反馈的比较，实现恒安时、恒电流控制。 机组PLC勺主要任

  2.运行方式：本稳流系统包括主控台操作部分，总调 PLC部分，单机组稳流柜部分和单

  稳流系统总调的状态有“自动 / 手动” 稳流系统机组的状态有“总调 / 分调” 有载开关总的状态有

  “自动 / 手动” 单机组有载开关的状态有“单动 / 联动” 有载开关具有正常工作和停止两种状态。

  运行方式一 （推荐）： N 机组运行，稳流自动、总调方式，有载开关手动、联动方式：

  运行方式二：（N — 1）机组总调方式运行，停机机组在分调方式运行；稳流自动， （N — 1）机组有载开关

  手动、联动方式，停机机组有载开关在手动、单动方式： 运行方式三： 所有机组分调方式运行，稳流自动；机组有载开

  注意： 结合操作监控画面进行现场讲解 五：稳流控制管理系统维护检修 单独作为培训题目：主要稳流控制柜