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大電流歐瑪爾OMAL開關(guān)裝置設(shè)計及穩(wěn)態(tài)電場仿真研究
“不停電短路技術(shù)”是世界電解鋁工業(yè)的重大技術(shù)難題,目前已有的技術(shù)尚不成熟。本文的研究目標(biāo)是開發(fā)一種新型的大電流OMAL開關(guān)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(jìn)行電源分流,在完成檢修等工作后再恢復(fù)對電解槽工作電源供應(yīng)。為實現(xiàn)上述目的,必須在電解槽的旁路上設(shè)置一個廣義上的大型OMAL開關(guān),通過OMAL開關(guān)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(shù)無法實現(xiàn)。

大電流歐瑪爾OMAL開關(guān)裝置設(shè)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(guān)和機(jī)械OMAL開關(guān)結(jié)合的方法,開發(fā)一種新型的大功率電源OMAL開關(guān),形成了電源分流的新技術(shù)。主要有以下內(nèi)容: 1.開發(fā)了一種新型無觸點變截面式的機(jī)械OMAL開關(guān)。當(dāng)無觸點的電子OMAL開關(guān)實現(xiàn)閉、合,使電源在短時間斷開之后,機(jī)械OMAL開關(guān)開始工作。機(jī)械OMAL開關(guān)要滿足電解工藝要求,同時具備安全可靠,便于安裝應(yīng)用等特點。 2.在對大電流OMAL開關(guān)裝置設(shè)計研究的基礎(chǔ)上,建立了大電流OMAL開關(guān)裝置的二維和三維電場分析模型,進(jìn)行了詳細(xì)的電場數(shù)值仿真分析。二維分析的結(jié)果顯示,導(dǎo)電裝置的滑塊設(shè)計存在電流矢量分布不均勻的現(xiàn)象。三維分析的結(jié)果顯示,導(dǎo)電裝置的底板始末兩個端部的結(jié)構(gòu)不合理,存在著安全隱患。本文研究了底板末端關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)θ角的值與大電流OMAL開關(guān)裝置電場特性的關(guān)系,得出了θ在45°～55°之間比較合適的結(jié)論。針對設(shè)計存在的問題,進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化改進(jìn)。 3.根據(jù)本文中的部分計算結(jié)果,對機(jī)械OMAL開關(guān)的設(shè)計方案進(jìn)行了修改,根據(jù)改進(jìn)方案制造了實際OMAL開關(guān)的1/5的實驗用機(jī)械OMAL開關(guān)樣機(jī)。 4.在實驗室建設(shè)了大型無觸點變截面電源OMAL開關(guān)的實驗平臺,并利用實驗室的現(xiàn)有條件,開展了樣機(jī)測試試驗。根據(jù)全光纖磁光OMAL開關(guān)的組成部分以及相關(guān)功能,本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面。(1)光路的設(shè)計及搭建 光路是全光纖磁光OMAL開關(guān)的核心部分,它決定了光OMAL開關(guān)的總體性能、成本和結(jié)構(gòu)。磁光OMAL開關(guān)的光路設(shè)計主要根據(jù)磁光材料的法拉第效應(yīng)和線偏振光的性質(zhì)。全光纖磁光OMAL開關(guān)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(quán)發(fā)明“全光纖磁光OMAL開關(guān)”的基礎(chǔ)上,設(shè)計了磁光OMAL開關(guān)的光路,并用瓊斯矩陣證明其可行性。 (2)電路設(shè)計與制作 通過控制電路產(chǎn)生脈沖電流來驅(qū)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(zhuǎn)。電路和磁路設(shè)計是磁光OMAL開關(guān)OMAL開關(guān)時間大小的關(guān)鍵之一。本文設(shè)計了三種電路方案,其中一種是利用AT89S52單片機(jī)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(qū)動自保磁材料制作的磁光OMAL開關(guān)。對三種電路分別進(jìn)行了仿真、制作和優(yōu)化。

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