电解铝用超大功率整流器的设计

损耗△P及整流效率η是衡量电化学用整流装置技术性能优劣的两项重要指标。按照JB/T7840－1998《电化学用整流器》标准规定，额定直流电压1250V整流器，其整流效率不得低于99.6％。为了提高整流效率，必须设法降低损耗。在整流装置的各项损耗中，整流管的正向损耗是主要的，约占总损耗的80％，因此，降低整流管的正向损耗是提高整流效率的关键。降低整流管正向损耗的措施主要有两个方面：一是尽可能地减小整流管正向峰值电压；二是适当增加并联支路。按西整厂的企业内控标准，ZP3000－50整流管当峰值电流为6000A时，正向峰值电压UFM≤1.7V。每臂并联整流管只数由7只增加到10只。根据标准的规定，可以求得额定运行条件下整流装置的各项损耗如表3。

表3

按照标准的规定，整流装置效率η=UdN×IdN/(UdN×IdN＋△P）=1220×37/（1220×37＋103.1）=99.8％，比标准规定的整流效率提高0.2％。按这样粗略计算，每年可节电4.7×106kWh，节电效果是非常明显的。

4提高均流系数和保证均流系数稳定的措施

随着整流管制造水平的提高和整流管管径的增大，如何把整流管用好，使同一臂内各并联支路整流管的能力得到充分发挥的问题就显得很为突出。均流系数是评价该性能的重要指标。为了提高均流系数和保证均流系数的稳定，主要采取了以下几方面措施：

(1)整流管压装工艺改进

　　大直径整流管与母线和散热器的接触面的接触状况直接受整流管压装工艺的影响。传统压装工艺存在的问题表现在正向伏安特性一致的整流管装于同一母线上后复测其正向压降时，其差别可以大到0.2～0.3V，从而导致接触电阻阻值分数，影响并联整流管之间的电流分配，是影响均流系数的诸因素中最难控制的因素。

为此，必须把改进整流管压装工艺，减小压装对均流的影响作为重要控制因素。结合与国外同行合作制造的经验，采用独特的预压紧技术、工艺、工装及检测方法，使压装好后复测整流管的正向压降的变化范围控制在0.02V范围内。

(2)主电路结构设计采用同相逆并联同轴对称结构，使交变磁场几乎完全抵消，克服交变磁场在分布电感上产生的附加感应电势对电流分配的影响。

(3)同一整流臂上选配正向伏安特性曲线接近一致的整流管。为此在结温为两个不同的温度点上分别测出峰值电流1000A、2000A、3000A时的UFM，根据所测值按经验公式计算出一个UFM作为选配整流管的依据。

5整流柜结构特点

　　整流柜安装场地为户内，采用绝缘安装方式。主电路采用水－水冷却。每柜包括六组同相逆并联整流臂、电气和非电气连接结构、绝缘结构、冷却水管道和散热器、整流管压紧结构、过压保护等。

5.1整流柜体结构特点

　　整流柜柜体型式为双面双列结构，柜体总高度2.4m、宽3.2m、深1.2m。相对于单面单列的柜体，高度减少约0.6m，体积减少20％。设备比较紧凑，有利于整流室总高度的降低，还可减小整流管母排和快熔

母排的损耗。

柜壳为防磁型结构，凡可能产生局部涡流发热的部位均采用防磁材料隔断磁路。柜壳用弯板和型材焊接成整体结构，以加强机械强度，抵抗电动力的冲击振动和噪声。

柜壳表面采用静电喷塑处理，以加强柜壳的防腐能力。

　　柜壳防护等级按IP20设计，提高防护等级。

5.2导电母线及电气连接结构特点

　　为降低损耗、提高整流效率、主电路电气连接采取了下述措施：

　　所有导电母排，散热器和连接线的材质均为紫铜材料。散热器和整流管表面镀镍，母排表面全部镀锡。安装整流管和快熔的母排为挤压成形的异形双孔母线，孔为内齿轮形，增大了母排与冷却水热交换面积、有利于降低母排热阻及整流管和快熔的温升。采用一次铸造成形的A－003铜质散热器，能防止渗水和散热器受压时产生局部变形的问题，保证与整流管接触良好、压力均匀。散热器进出水嘴孔径大（14）、水阻小，在水流为紊流状态下，使流量达到16L/min。双面冷却，保证热阻不超过0.01℃/W，有利于提高整流管的通流能力。直流汇流母排也采用挤压成形带内孔的铜母线，不再沿用焊接散热水管的汇流母线。汇流母线与快熔双孔母线之间的连接板直接焊在汇流母线上，既减小接触损耗又提高结构强度。

5.3先进的同相逆并联结构

在应用同相逆并联技术的过程中，存在着同相逆并联的两个整流臂之间的距离和绝缘之间的矛盾。对于这种高电压大电流整流器，问题尤为突出。为此专门研制了一种复合结构