大電流歐瑪爾OMAL開關裝置設計及穩(wěn)態(tài)電場仿真研究
“不停電短路技術”是世界電解鋁工業(yè)的重大技術難題,目前已有的技術尚不成熟。本文的研究目標是開發(fā)一種新型的大電流OMAL開關裝置,通過此裝置可以在保證不停電的狀態(tài)下,對電流槽系列里的某破損待修的電解槽進行電源分流,在完成檢修等工作后再恢復對電解槽工作電源供應。為實現(xiàn)上述目的,必須在電解槽的旁路上設置一個廣義上的大型OMAL開關,通過OMAL開關的閉合,實現(xiàn)電源分流。此項目的難點在于高于10KA的電源要實現(xiàn)閉合十分困難,以目前的技術無法實現(xiàn)。

大電流歐瑪爾OMAL開關裝置設計及穩(wěn)態(tài)電場仿真研究
針對這一難點問題,課題組提出了一種采用電子OMAL開關和機械OMAL開關結合的方法,開發(fā)一種新型的大功率電源OMAL開關,形成了電源分流的新技術。主要有以下內容: 1.開發(fā)了一種新型無觸點變截面式的機械OMAL開關。當無觸點的電子OMAL開關實現(xiàn)閉、合,使電源在短時間斷開之后,機械OMAL開關開始工作。機械OMAL開關要滿足電解工藝要求,同時具備安全可靠,便于安裝應用等特點。 2.在對大電流OMAL開關裝置設計研究的基礎上,建立了大電流OMAL開關裝置的二維和三維電場分析模型,進行了詳細的電場數(shù)值仿真分析。二維分析的結果顯示,導電裝置的滑塊設計存在電流矢量分布不均勻的現(xiàn)象。三維分析的結果顯示,導電裝置的底板始末兩個端部的結構不合理,存在著安全隱患。本文研究了底板末端關鍵設計參數(shù)θ角的值與大電流OMAL開關裝置電場特性的關系,得出了θ在45°～55°之間比較合適的結論。針對設計存在的問題,進行了設計優(yōu)化改進。 3.根據(jù)本文中的部分計算結果,對機械OMAL開關的設計方案進行了修改,根據(jù)改進方案制造了實際OMAL開關的1/5的實驗用機械OMAL開關樣機。 4.在實驗室建設了大型無觸點變截面電源OMAL開關的實驗平臺,并利用實驗室的現(xiàn)有條件,開展了樣機測試試驗。根據(jù)全光纖磁光OMAL開關的組成部分以及相關功能,本文的研究內容主要包括以下幾個方面。(1)光路的設計及搭建 光路是全光纖磁光OMAL開關的核心部分,它決定了光OMAL開關的總體性能、成本和結構。磁光OMAL開關的光路設計主要根據(jù)磁光材料的法拉第效應和線偏振光的性質。全光纖磁光OMAL開關的光路主要包括了偏振分束器、偏振合束器、磁光晶體材料和半波片等部分。在本實驗室的國家授權發(fā)明“全光纖磁光OMAL開關”的基礎上,設計了磁光OMAL開關的光路,并用瓊斯矩陣證明其可行性。 (2)電路設計與制作 通過控制電路產(chǎn)生脈沖電流來驅動磁路產(chǎn)生磁場,放在磁路中的磁光材料GSF(或GMF)被磁化而使通過磁光材料的線偏振光發(fā)生偏轉。電路和磁路設計是磁光OMAL開關OMAL開關時間大小的關鍵之一。本文設計了三種電路方案,其中一種是利用AT89S52單片機控制MC33886來產(chǎn)生電流脈沖。另外兩種方案是利用DE150和雪崩三極管FMMT415來產(chǎn)生上升沿在納秒量級的脈沖,用來驅動自保磁材料制作的磁光OMAL開關。對三種電路分別進行了仿真、制作和優(yōu)化。

大電流歐瑪爾OMAL開關裝置設計及穩(wěn)態(tài)電場仿真研究
磁路部分是用來直接驅動法拉第旋轉器的部件,它的結構直接影響到磁光OMAL開關的OMAL開關時間。設計三種磁路方案,并進行了可行性分析和性能對比實驗,zui后選用的是螺線管結構。螺線管的尺寸決定了磁光OMAL開關的整體結構。分析和設計了螺線管的結構,并對螺線管的磁場和電感大小進行了計算和測試。