函授电气工程及自动化专升本论文.docx

毕业设计题目万吨烧碱整流装置设计班级函授电气工程及自动化专升本姓名指导教师系主任年月学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或结果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人已知晓教育部第号令了解学位论文作假行为处理办法的相关规定本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担论文作者署名日期年月日本人已知晓教育部第号令了解学位论文作假行为处理办法的相关规定指导教师签字日期年月日本部已对该生论文进行了严格审查对论文的指导答辩成绩评定等所有教学环节按相关规范进行了监控系所函签字章日期年月日理工大学毕业设计论文评语学生姓名学号学院成人教育学院班级系所函函授任务起止时间年月日至年月日毕业设计论文题目指导教师对毕业设计论文的评语指导教师签名指导教师职称评阅教师对毕业设计论文的评语评阅教师签名评阅教师职称答辩委员会对毕业设计论文的评语答辩委员会评定该生毕业设计论文成绩为答辩委员会主席签名职称年月日理工大学毕业设计论文任务书学生姓名学号学院成人教育学院班级校本部业余任务起止时间毕业设计论文题目万吨烧碱整流装置设计毕业设计工作内容资料指导教师意见签名年月日系主任意见签名年月日万吨烧碱整流装置设计摘要随着大功率晶管蒸馏技术的不断进步与完善晶闸管整流装置目前已经在化工行业中得到普遍的应用晶闸管整流装置具有操作简便反应快捷稳流精度好整流效率高等显著优点其输出的直流电流调节依靠变压器有载开关粗调晶闸管移相细调使系统能获得高稳定度的直流电流完全满足化工电解工艺要求关键词整流可控硅极化技术设计目录摘要第一章基本条件环境条件技术第章整流系统整体方案概述系统结构第章整流主柜的设计整流机组的计算条件整流装置主要参数计算整流柜主要的元器件选择及主要技术措施第章整流控制柜的设计就地控制柜的基本功能结论参考文献第一章基本条件环境条件环境条件如下所列设备应能够在最高摄氏度温度下正常工作海拔高度环境温度年平均气温极端最高温度极端最低温度年平均相对湿度技术条件整流设备的配置蒸馏装置一套用于供三万吨离子膜试验电解每套包括可控硅整流柜台整流控制柜台远控台台直流互感器台直流刀开关台纯水冷却装置套极化整流单元套技术规格网侧电压直流输出俩个系列每个系列直流输出电压直流输出电流俩个系列单独控制不汇流机组负荷类型二级化工食盐电解机组直流输出的调压范围为到连续可调手动自动均能正常操作调压方式为有载调压变压器晶闸管细调有载开关调压范围为到机组在额定运行工况下的运行效率不低于确定效率时应该包括整流变压器整流柜及触发信号系统的损耗不包括装置的损耗机组在额定运行工况下工作时其功率因数要求达到以上自动稳流精度有自动稳流和手动调节俩种方式俩中控制方式均能在整流设备运行时升降电流并在小于或者等于额定输出电流情况下互相切换注入电网的的谐波电流不超过国家标准总体结构整流变压器和整流柜采用紧凑型布置整流柜布置在变压器两侧设置在的房间内装置形式户内安装单面维护具有良好的防尘措施柜表面喷塑抗腐蚀能力强整流变压器阀侧出线应与整流柜相对应不应有交叉整流设备内所有的电气连接件均采用铜材可控硅整流柜的技术要求整流柜为户内安装型式防护等级为单柜直流额定输出整流机组数组单机组脉冲数脉冲等效脉冲数脉冲接线方式三相全控桥同相逆并联调压方式有载调压变压器晶闸管细调交直流母线进出线方式阀侧后进线直流侧上出线整流器电流储备系数整流器电压储备系数整流器均流系数冷却方式主回路冷却方式为水冷却各种保护齐全具有可靠的内部和外部过电压吸收装置及可指示顺坏快熔位置的快熔顺坏检测电路整流控制柜的技术方案触发控制系统采用两路数字在线双通道控制回路一路运行另一路热备用一路故障时自动切换至另一路运行两个控制信道各自有给定反馈系统开环闭环运行均能稳定可靠手动自动选择就地远控选择控制柜采用作为中央处理器继电回路采用高可靠节能型器材触发器部分采用新型数字触发器稳定可靠无温漂对称度好并具备缺相及缺脉冲保护功能电流调节仪采用高精度集成运算放大器稳流精度高于自动升降调节变档位自动将控制角控制在到摄氏度之间给定系统采用数字式给定光电隔离控制板及接插件应可靠方便易于维护所有控制装换均可由进行控制并可通过通讯接口有上位计算机进行监控可与中控室接口各种保护齐全如过载过流电流反馈丢失保护水稳过高水压过低原件坏原件坏控制角越上限控制角越下限母温线温度过高互感器反馈电流丢失苷流等远方控制台远控台用于整流单元操作测量以及保护应具有电流设定仪等操作元件所有的检测信号报警信号以及电能测量表计算型式户内安装台式结构设置在装置主控室配置俩套整流单元共用一台远控台远控台安装下列原件控制开关机提示变压器一次侧断路器至高压开关柜控制机体是一组每组包括允许合闸提示红色个控制装换开关个合闸提示红色个跳闸提示绿色个紧急停车按钮个有载开关至有载调压开关控制及指示一组每组包括手动自动转化把开关个档位显示器含档位控制按钮以及提示个电流设定仪个直流刀开关至动力电箱控制及指示俩组每组包括开关闭合按钮绿色个开断开合按钮绿色个开关闭合提示红色个开关闭合指示红色个测量装置俩组每组包括数字式电流表显示位十进制数码测量范围到输入电压供货商标准精度数字式电压表显示位十进制数码测量范围到输入电压供货商标准精度报警单元音箱单元包括电铃蜂鸣器复位按钮辅助继电器等系统故障报警提示系统脉冲封锁提示变压器一次侧断路器跳闸提示其中音箱单元共用极化整流器型式户内安装数量套供电电压相额定直流输出电流额定直流输出电压额定输出连续波纹小于额定电压整流原件可控硅冷却方式自然冷却防护等级控制系统设备应具有恒定电流和电压控制系统在到额定输出电流到额定输出电压工况下自动电流电压控制系统应保证直流电流恒定在自动开停系统设备应具有手动自动操作功能在自动操作状态下当主整流器的输出减少或增加到时计划整流柜应能通过来自整流器的触点信号开关自动开停输出极化电流到极化电压状态信号故障信号输入自动开关接点一个保护整流柜应具有保护功能以防止来自电解槽或整流柜的逆向电流系统应包括所有必需的接触器变压器开关测量仪等每一个极化单元均来自的电压电流信号自动控制第二章整流系统整体方案概述系统结构整流系统套台整流机组构成每套整流机组采用整流变压器一台整流器的结构形式整流柜的主电路采用三相桥式同相逆并联式单柜脉冲配合变压器网侧移相俩套整流及构成脉冲每台整流器个独立向一个系列电解槽供电要求能独立工作每台整流机器配置一台就地控制柜与镇流器一起就地并排安装每台控制柜安装机组就地控制其功能为整流柜和辅机系统的数据采集本控制柜的所有就地手控功能均可由机组传送至上位机实现远方机控控制柜的稳流调节控制触发系统采用单片机数字双通数字控制触发俩个通道互为热备用俩个通道能够分别独立运行并具备自动诊断功能可更据运行情况方便的进行在线无扰动切换触发系统采用单片机控制确保触发脉冲的稳定可靠正常运行是线控角控制在到度之间当电流反馈因故障掉线后控制系统能自动识别确保电流不会发生突然大幅度的上升或下降在中央控制室配置一台总控制台对应俩套机组的远方操作安装远方手控功能键包括远方系列电流手动调节有载开关操作系列电流电压显示等第章整流主柜的设计整流机组的计算条件额定直流输出单机额定直流电压单机额定直流电压连接形式整流电路采用三相桥同相逆并联晶闸管整流单柜脉波柜输出脉波整流装置主要参数计算本计算以每台整流变压器的短路电压百分值控制角为计算依据每臂并联原件数的确定按负载电流确定并立案与案件数为整流臂平均电流为串联换相组数为电流过载系数为并联原件均流系数分别为环境温度系数海拔高度系数风速系数温度分布不均匀系数整流线路系数整流臂个数硅元件正向平均电流硅元件安全电流裕度倍使用元件时只取俩只元件耐压确定变压器空载电压原件俩端峰值为取倍的耐压余量则最大反峰压取因此每臂选用俩只晶管闸并联快速熔断器选取参数计算快熔额定电流考虑均流系数为及一只快熔熔断试运行方式式中臂平均电流波形系数快熔选择系数并联元件数每臂元件损坏数均流系数整流元件的均方根值为快速熔断器的选用原则快速熔断器的额定电流应满足即快熔耐压取快熔为整流装置的损耗和整流效率计算整流柜效率任何整流装置的整流效率可用其功率转换效率来表示即式中整流柜直流额定输出功率等于额定直流电压和直流电流的乘积即整流柜本身的各项损耗之和不包括外部附属设备包括整流元件损耗快熔损耗快熔和元件母排损耗汇流母排损耗连接排损耗吸收和保护器件损耗等下面的计算以每台整流柜的额定运行状态为计算依据直流输出功率整流元件损耗式中整流元件在各周期内的导通角三相桥式整流电路中每台整流柜内安装元件总数快速熔断器损耗式中流过快速熔断器的均方根电流快速熔断器等效电阻在直流输出时每只快熔通过电流的均方根值为元件臂母排损耗元件臂母排采用一次冷拉或成形的无氧紫铜双孔母排规格为孔径为双孔母线的电阻式中电阻系数铜在时为电阻温度系数铜为双孔母线温升取集肤效应系数取邻近系数近似取双排母排长度双孔母排截面则按对称分布而安装元件的双孔母线其等效电阻为快熔臂母排损耗快熔臂选用无氧紫铜双孔母排孔径为按上式同样方法计算其等效电阻为保护和吸收电路损耗该部分损耗可忽略不计整流柜的总损耗整流效率热和冷却计算镇流器在额定负荷下运行时有损耗号产生的热量该热量有冷却水和空气带走假定空气带走的热量忽略不计则热量全部由冷却水带走其流量为式中冷却水质浸出温度差取冷却介质比热水为冷却介质密度水为一台整流硅需要的冷却水流量为则选用一台流量纯水冷却器整流柜主要的元器件选择及主要技术措施采用铁道部株洲电力机车研究所半导体厂生产的英寸打工了低损耗晶闸管有先进的生产工艺和设备保证其性能指标的优越性全部采用丹麦高阻硅单晶片高温闭管充氩气扩散工艺保证了芯片的扩散均匀性级的洁净厂房及严格的清洗工艺保证了芯片的高少子寿命之不同于普通触发级的边缘触发芯片确保了元件的高极大地提高了可靠性和使用寿命高温闭关冲氩气扩散工艺新型的芯片结构进口保护材料台面钝化工艺高均匀性高精度的电子辐射减少寿命控制到合理的范围确保与案件的最低真相压降降低元件的损耗硅元件的并联数的选取选用英寸晶闸管每臂俩只并联通过元件参数的低分散性和臂元件的合理配置使装置具有较高的电流裕度和电压裕度完全满足设备长期安全运行要求整流装置的技术工艺保证措施整流装置除硅元件芯片按耐压选取措施外其此刻表面也是特殊设计这是制造高电压装置的关键措施之一同样逆并联支路同排异环氧玻璃布板整体隔开中间无任和连接件既避免了怕电机电器击穿故障又缩小了装置的体积减少了机壳由交变磁场产生的涡流损耗根据有关国家标准及电气均与按规范要求对于整流硅绝缘支撑件等非防污染型绝缘体交直流之间及支流正负之间及就直流对地之间的绝缘爬电距离确保大于毫米这是制造高电压整流装置的关键措施之一蒸馏装置的二次回路所采用的是导线为耐压绝缘软导线相关外引接线采用德国公司的优质端子直接测回路采用电压隔离器引出以确保控制测量回路的可靠性元件臂均流的保证措施所有桂圆渐渐通过本场热老化和电老化筛选基本工艺是将数十只原件之于老化箱内加热子元件结温摄氏度后施加额定的直流反向电压小时不失效则为合格老化试验后作元件正向峰值电压测试测试后的元件按峰值电压误差不大于进行每臂元件的分组配对这是确保高均流系数的关键技术之一整流原件装夹由优质汽车板簧制成在高温高压力情况下压力稳定不变对三英寸元件而言硅元件中压力约为五吨保证可靠和均衡的压力这是确保高均流系数的关键技术之二本整流装置为了获得较好的均流减少涡流损耗主电路采用同相逆并联结构并联支路的整流元件按照圆周作轴对称分布始每条支路都完全对称所有导电接触面均采用铣床进行精细加工光洁度未以上全部采用压接结构压力变化范围小接触电阻低均匀度好这是保证均流系数的关机技术之三并联器件的温度特性一致性好根据标准整流器件的出厂测试值输出给室温和结温的参数由于本整流装置在运行过程中实际流过器件的电流将出现较大的变化这样在压力一定的情况下整流器件的工作电流和结温将随整流柜输出电流的不同而变化为了使并联器件的电流分配均衡必须分析和研究上述的影响并予以解决我厂外购的天津整流器厂的元件通过其进口美国公司的生产测试设备根据整流装置运行的工艺参数的不同分别在不同电流和不同的温度加测三点通仿正向峰值压降和常规出厂测试参数进行对比将温度一致的器件按通态正向峰值压降进行优化分布后直接并联这是确保元件高均流系数的关键技术之四采用低损耗的强迫均流电抗器使得元件之间均流系数确保且一致要求不高这是一种一劳永逸的一揽子均流解决方案这是确保元件高均流系数的关键技术之五元件排的选用方法元件排使用无氧紫铜双孔水冷母排既可保证电流截面要求又可以达到压紧所需要的强度要求该铜排所有导电接触面均采用铣床进行精加工表面光洁度为以上铜排进行全长锡亮锡处理该铜排通水孔为齿轮形通水孔径为较圆孔增加百分之三十散热面积散热效果良好可有效提高元件硅片的使用寿命循环冷却水路的技术工艺措施冷却水的进出水管为不锈钢管选用日本进口的优质抗老化耐腐蚀的透明胶管连接冷却水路质量保证年采用一次性浇注的元件水套确保水路不漏水柜体结构整流柜为户内式结构控制柜与整流柜并排安装控制柜为型材结构美观大方第章整流控制柜的设计就地控制柜的基本功能控制每套整流机组配置一台就地控制柜每台控制柜安装单柜机组就地控制其功能为整流柜和辅机系统的数据采集泵控制柜的所有就地手控功能均可由机组传送至上位机实现远方机控就地控制柜的主要功能整流柜输出电压及电流指示远控与近控手动与自动切换装置按总控台给定电流进行闭环控制移相控制角超过设计允许值时自动联调有载调压开关移相控制角实时显示输出电流的设定与控制电流超差预告信号元件臂过热信号快速熔断器熔断信号过压保护故障信号绝缘降低故障信号冷却水压过低水温过高故障信号去离子冷却水水位过低整流柜的稳流调节控制触发系统整流柜的稳流调节控制触发系统采用单片机数字控制和数字触发两个通道互为热备用一旦运行中的一路出现故障处于热备状态状态的另一路在内实现在线无扰动切换并在控制线是俩路的工作状态已提示工作人员安排换板检修俩个通道能够独立分别运行并且具有自动诊断功能可根据运行情况方便的在线无扰动切换触发控制系统采用单片机控制确保触发脉冲的稳定可靠正常运行时相控角限制在五到二十五度之间当电流反馈因故障掉线后控制系统能自动识别确当控制角超出设计值时电流正常情况控制系统自动调节有载开关降该功能可选择直至电流进入稳定范围电流负超情况控制系统给出声光报警信号控制室及机旁控制柜上要有角盘式仪表具有零启动功能开车时触发电路调节电位器不在零上系统拒绝运行闭环控制中电流的反馈信号断线系统将自动锁定原值同时给定信号成为开关控制并以声光信号提醒工作人员手动转换自交流信号时超调量不超过当前值得恢复时间小于秒触发单元的同步信号取自于侧的考虑瞬时掉线保护稳流控制系统的具备以下功能手动自动无扰动切换近控远控无扰动切换交直流反馈可选直流电流过载报警保护元件电流过高过低报警封锁脉冲并输出与接点信号电流线性软启动最大电流限制控制角显示自动控制降档失同步报警保护脉冲缺相报警保强触发时按原可独立关断我厂机组温流控制系统采用晶闸管数字触发器该控制系统采用并行处理方式具有功能强大应用灵活可靠性高控制性能强系统调试时间短维护方便等特点具有以下特点多重备用保障措施同步信号双备份同时处理俩路同步信号任何一路丢失都能维持长期可靠触发反对信号双备份能够同时采集处理俩路反馈信号可以同时处理交直流反馈信号做到可靠准确实现双板在线热备用控制柜中能够同时安装多块调整版本调控板在备用过程中实时检测当前触发脉冲电角度启动后能力及跟踪实现微扰动或无扰动过度系列电流无冲击智能灾难适应措施反馈掉线处理工作过程中如果反馈信号突然全部消失调控板维持导通角不变同时给定信号成为开环控制供给事故处理同步掉线处理工作过程中如果同步信号全无本条孔板将依靠科学数字锁相环维持正常触发俩秒内有人以正常同步到来工作既能够继续良好的触发性能数字调节参数记忆泵控制版应用新型的铁电存储器记录重要的运行参数调试完成后直接调用不存在时间误差有很好的可重复性精确自适应出发时序新数字版的六脉冲波时由处理器运算完成并且加入智能平衡处理保证输出波形的对称性最大限度的减少非特性谐波同时度的超范围初相调节线性限幅控制极大地简化了调试工作良好的触发输出触发脉冲调制输出调制频率约为占空比波形参数误差不超过稳定输出阶段脉冲间隔误差绝对值小于处理程序精确控制每一个触发脉冲保证桥臂触发充分不会因电流上升率而受损快速稳定的调节设计新数字板采用平均数字调节对输出进行闭环控制因而能最大限度的提高响应性能反馈处理程序实时跟踪交直流反馈的波形取得准确及时地反馈参数并且从中分离大量的有用信息进行智能控制新数字伴有高响应速度和抗干扰性能对输出变化响应时间为约度反馈采样频率均值运算周期度系统等效比例为等效时间常数为准线性调节该装置使用电源无需外加稳压电源同步信号使用高压电压信号接线简单维护方便脉冲输出采用六路到度高频调制宽脉冲对同步信号的要求较严格结论本文通过对对万吨烧碱生产的需求设计能够满足我厂实际生产的需求参考文献耿庆鲁江政辉氯碱整流技术研讨会郭昆仁氯碱工业王忠贤田彬氯碱工业廖秀华中国电工技术学会电化学整流电源新技术研讨会赵殿甲可控硅电路修订版北京冶金工业出版社潘永雄新编单片机原理与应用西安西安电子科技大学出版社胡虔生胡敏强电机学北京中国电力出版社康华光电子技术基础模拟部分北京高等教育出版社戴梅萼史嘉权微型计算机技术及应用北京清华大学出版社谭立新刘觉民基于的三相全控桥式整流电路设计期刊论文湖南文理学院学报自然科学版孙俊喜驱动电路驱动程序设计及典型应用北京人民邮电出版社谭建成电机控制专用集成电路机械工业出版社年月赵保金中国集成电路大全北京国防工业出版社美马库斯电子电路大全合订本北京中国计量出版社