电解铜高效节能与控制技术.pdf
主要研究电主要研究电解铜高效节解铜高效节能与控制技能与控制技术术 3.电解槽压、槽温检测分电解槽压、槽温检测分析技术析技术 2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术 1.多脉波大功率高效整流技多脉波大功率高效整流技术术 湿法电解铜自动化系统研究室湿法电解铜自动化系统研究室 电能质量范畴电能质量范畴 整流过程消耗无功所造成的系统供电侧功率因数不达标,功率开关器件等非线性负载工作时所引起的供电网侧谐波污染问题。两个问题两个问题亟待解决亟待解决 节能技术范畴节能技术范畴 高耗能行业面临着结构转型升级的压力,生产过程由原来的粗放型管理控制调整转变成处处节能增效型的精细化控制管理。1.多脉波大功率高效整流技术多脉波大功率高效整流技术 系统正常工作时,大电流在其流通路径阻抗上的损耗,比如变压器、调压装置的负载损耗,整流器功率器件的正向损耗,母排、快熔上的损耗等,以及控制、冷却系统运行所消耗的电能等;系统非线性负载所产生的谐波在向电网扩散时,在其流通路径上经过整流系统各部件所引起的损耗,比如,谐波电流流经变压器将导致变压器效率下降,并引起变压器振动、噪声及发热等;大功率整流过程中,整流系统需消耗大量的无功功率,致使系统电网侧功率因数下降,电网供给无功电流流通所致的损耗。损耗来源损耗来源 1.多脉波大功率高效整流技术多脉波大功率高效整流技术 解决方案解决方案 第一类正常工作第一类正常工作损耗损耗,主要通过主要通过进行系统优化设进行系统优化设计、选择新型节计、选择新型节能器件、使用新能器件、使用新材料来降耗增效材料来降耗增效 第二类和第三类损耗第二类和第三类损耗,主要是针对整流变压主要是针对整流变压器和调压装置、各类器和调压装置、各类电抗器等部件耗能问电抗器等部件耗能问题题,设法减小谐波和无设法减小谐波和无功电流对这些部件的功电流对这些部件的影响影响,以提高这些部件以提高这些部件的效率及增进系统整的效率及增进系统整体节能体节能 新型材料选择新型材料选择 控制策略选择控制策略选择 1.多脉波大功率高效整流技术多脉波大功率高效整流技术 2#滤波装置滤波装置1#滤波装置滤波装置2台6脉波双反星同相逆并联整流装置构成12脉波整流装置，每2套12脉波构成24脉波整流，系统原理图如下图所示：等效等效24脉波整流机组主电路原理图脉波整流机组主电路原理图 1.多脉波大功率高效整流技术多脉波大功率高效整流技术 1 2 采用两台双反星同相逆并联接线的可控硅六脉波整流电路构成十二相整流电路，可以避免3，5，7，9次谐波干扰。利用可控硅元件单向导电的特性，使两组双反星电路邻近部分铜排内流过的电流，在任何瞬间均大小相等、方向相反，从而减少了电磁场的不利影响，使整机的噪音指标比国内同类产品降低20dB，达到国外同类产品先进水平。采用全数字式触发系统，克服了模拟系统中存在的温度漂移，元器件特性与参数的分散性大等缺点，解决了大电流晶闸管整流装置触发控制系统的安全性、可靠性问题，具有强抗干扰能力。脉冲不对称度0.1。关键技术关键技术 1.多脉波大功率高效整流技术多脉波大功率高效整流技术 1 3 4 关键技术关键技术 整流装置采用电流闭环自动恒流控制，可实现输出直流电流的平滑调节及精确控制，适应生产的需要。并采用模糊PID控制技术，利用模糊算法对PID参数进行优化，提高系统的控制品质。采用基于自适应逆的有源滤波器谐波抑制技术，来减小对电网的谐波干扰。1.多脉波大功率高效整流技术多脉波大功率高效整流技术 基于自适应逆的有源滤波器谐波抑制技术基于自适应逆的有源滤波器谐波抑制技术 滤波装置滤波装置)(zuknkukuke误差ky kn对象扰动ky输出kn ky)(kp对象模型辨识器)(zp对象)(zp复制）（噪声模型辨识器zQ1z在变压器磁路中导入与原有磁链谐波分量大小相同而相位相反的磁链，则两种磁链叠加的结果是使变压器磁路中的谐波分量为零 特点 自适应滤波器 1.多脉波大功率高效整流技术多脉波大功率高效整流技术 2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术 电解车间起重机控制系统 将自适应逆控制理论应用于交流电机变频调速系统将自适应逆控制理论应用于交流电机变频调速系统，并获得不同并获得不同于常规反馈结构的新型控制系统结构于常规反馈结构的新型控制系统结构，开发出高性能变频调速控制开发出高性能变频调速控制器器。根据电能回馈原理根据电能回馈原理，开发出高效电能回馈装置开发出高效电能回馈装置，将起重机下放重将起重机下放重物时的位能和停车制动时的动能转变为电能回馈电网物时的位能和停车制动时的动能转变为电能回馈电网，使起重机的使起重机的电能变换效率提高近电能变换效率提高近30。开发出高精度动态称重算法开发出高精度动态称重算法，实现重物动态称重实现重物动态称重。运用无线传输运用无线传输技术实现数据通信技术实现数据通信，将起重机位置将起重机位置、吊重等物流信息传送上位机吊重等物流信息传送上位机，实现网络化管理实现网络化管理。关键技术关键技术 2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术 称重系统称重系统能量回能量回馈系统馈系统 人机屏人机屏S7-PLC大小大小车变车变频器频器主钩主钩变频变频器器副钩变副钩变频器频器扩展模块扩展模块小车小车电机电机大车电大车电机机主钩主钩电机电机副钩副钩电机电机无线数无线数踞传输踞传输系统系统起重机定位控制系统整体结构图起重机定位控制系统整体结构图 2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术 自适应逆变频器自适应逆变频器 针对矢量控制系统存在的对电机参数敏感针对矢量控制系统存在的对电机参数敏感，即电机参数变化时即电机参数变化时，控制关系未变控制关系未变，解耦条件被破坏这一问题解耦条件被破坏这一问题，提出应用自适应逆控制机提出应用自适应逆控制机理予以解决理予以解决。模型的逆即前馈控制器的输出为控制量模型的逆即前馈控制器的输出为控制量i iSMSM、i iSTST；利用扰动消除回；利用扰动消除回路消除任何对磁场的影响；并利用逆控制的思想路消除任何对磁场的影响；并利用逆控制的思想，使控制器与对象的使控制器与对象的输入输出映射为输入输出映射为1 1，使磁场恒定使磁场恒定，以此消除磁场子系统对转速子系统的以此消除磁场子系统对转速子系统的耦合耦合，实现转矩与磁场的动态解耦实现转矩与磁场的动态解耦。MT)(IIMSM)(IIMSMm)(IITST)(IITSTSmfILjrrfILjrrIRrrILSmILSI2rrMT)(IIMSM)(IIMSMm)(IITST)(IITSTTMSmfILjrrfILjrrIRrrILSmILSI2磁场定向时转子电压和磁链相量图磁场定向时转子电压和磁链相量图 磁场不定向时转子电压和磁链相量图磁场不定向时转子电压和磁链相量图 2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术*r2/3M3PG 观测器r _+_r*rr11()mG S1()mG S+_1()eG S2()eGS12()mG S2()mGS*STi*SMi*si*si*SAi*SBi*SCi1V R自适应逆控制实现的变频调速系统自适应逆控制实现的变频调速系统 原理框图原理框图 2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术 能量回馈单元能量回馈单元 能量回馈单元的结构能量回馈单元的结构 逆变器滤波器电压检测电流检测驱动电路PWM控制同步信号检测aUbUcU整流器三相逆变器CPN运用DSP和SVPWM技术，开发出电能回馈单元，将起重机下放重物时的势能和停车制动时的动能转变为电能回馈电网。实现逆变电流与电网电压同频同相的高品质正弦波，以减少对电网的污染。2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术 激光定位系统激光定位系统 2 定位精度：定位精度：3mm;测量范围：测量范围：1m-300m 控控制制器器MCU发射控制电路发射控制电路激光二极管激光二极管发射光学系统发射光学系统计时模块计时模块发射控制电路发射控制电路探测阈值比较探测阈值比较接受放大器接受放大器雪崩光电二极管雪崩光电二极管接受光学系统接受光学系统雪崩二极管温度补偿电路雪崩二极管温度补偿电路RS232主控制器主控制器发射信号发射信号复位信号复位信号停止计时停止计时开始计时开始计时中断信号中断信号采用脉冲激光采用脉冲激光测距仪，通过测距仪，通过串行口与微处串行口与微处理器接口，完理器接口，完成数据指令的成数据指令的传送，实现测传送，实现测距。距。激光定位系统原理图激光定位系统原理图 2.起重机定位控制技术起重机定位控制技术 电解槽现场电解槽现场 电解槽细节图电解槽细节图 3.电解槽压、槽温检测分析技术电解槽压、槽温检测分析技术 强电磁干扰环境下槽压检测的可靠性；采用现场自标定技术，可定期补偿温度、EMC环境下采样的准确性。采用DC/DC电源隔离、滤波技术，保证设计的安全性和稳定性；对过压、过流采用TVS及自恢复保险技术，能够有效抑制突波干扰。高可靠单总线温度采集；采用高速光电隔离及限斜率驱动技术，实现单总线的远距离可靠传输。关键技术 3.电解槽压、槽温检测分析技术电解槽压、槽温检测分析技术 系统由系统由6464个检测装置个检测装置（数据采集器）、（数据采集器）、8 8个个网关，一个网关，一个CANCAN总线通总线通讯卡和一台主机组成讯卡和一台主机组成。每个检测装置测量。每个检测装置测量8 8个电解槽的参数，每个电解槽的参数，每个网关负责个网关负责8 8个检测装个检测装置，主机与网关间通置，主机与网关间通过过CANCAN总线连接。总线连接。3.电解槽压、槽温检测分析技术电解槽压、槽温检测分析技术 槽压检测模块槽压检测模块 3.电解槽压、槽温检测分析技术电解槽压、槽温检测分析技术 隔离及限斜率驱动技术，实现隔离及限斜率驱动技术，实现TTLTTL信号的远距离可靠传输。信号的远距离可靠传输。电解槽温度检测模块电解槽温度检测模块 每个数据采集器连每个数据采集器连接接8 8个个DS18B20DS18B20数字数字温度传感器实现电温度传感器实现电解槽温度信号的采解槽温度信号的采集。单总线的集。单总线的设计能够降低布线设计能够降低布线复杂度，解决了模复杂度，解决了模拟量在强磁场下传拟量在强磁场下传输易受干扰的问题输易受干扰的问题 3.电解槽压、槽温检测分析技术电解槽压、槽温检测分析技术 26
