大电流欧玛尔OMAL开关装置设计及稳态电场仿真研究
“不停电短路技术”是世界电解铝工业的重大技术难题,目前已有的技术尚不成熟。本文的研究目标是开发一种新型的大电流OMAL开关装置,通过此装置可以在保证不停电的状态下,对电流槽系列里的某破损待修的电解槽进行电源分流,在完成检修等工作后再恢复对电解槽工作电源供应。为实现上述目的,必须在电解槽的旁路上设置一个广义上的大型OMAL开关,通过OMAL开关的闭合,实现电源分流。此项目的难点在于高于10KA的电源要实现闭合十分困难,以目前的技术无法实现。

大电流欧玛尔OMAL开关装置设计及稳态电场仿真研究
针对这一难点问题,课题组提出了一种采用电子OMAL开关和机械OMAL开关结合的方法,开发一种新型的大功率电源OMAL开关,形成了电源分流的新技术。主要有以下内容: 1.开发了一种新型无触点变截面式的机械OMAL开关。当无触点的电子OMAL开关实现闭、合,使电源在短时间断开之后,机械OMAL开关开始工作。机械OMAL开关要满足电解工艺要求,同时具备安全可靠,便于安装应用等特点。 2.在对大电流OMAL开关装置设计研究的基础上,建立了大电流OMAL开关装置的二维和三维电场分析模型,进行了详细的电场数值仿真分析。二维分析的结果显示,导电装置的滑块设计存在电流矢量分布不均匀的现象。三维分析的结果显示,导电装置的底板始末两个端部的结构不合理,存在着安全隐患。本文研究了底板末端关键设计参数θ角的值与大电流OMAL开关装置电场特性的关系,得出了θ在45°～55°之间比较合适的结论。针对设计存在的问题,进行了设计优化改进。 3.根据本文中的部分计算结果,对机械OMAL开关的设计方案进行了修改,根据改进方案制造了实际OMAL开关的1/5的实验用机械OMAL开关样机。 4.在实验室建设了大型无触点变截面电源OMAL开关的实验平台,并利用实验室的现有条件,开展了样机测试试验。根据全光纤磁光OMAL开关的组成部分以及相关功能,本文的研究内容主要包括以下几个方面。(1)光路的设计及搭建 光路是全光纤磁光OMAL开关的核心部分,它决定了光OMAL开关的总体性能、成本和结构。磁光OMAL开关的光路设计主要根据磁光材料的法拉第效应和线偏振光的性质。全光纤磁光OMAL开关的光路主要包括了偏振分束器、偏振合束器、磁光晶体材料和半波片等部分。在本实验室的国家授权发明“全光纤磁光OMAL开关”的基础上,设计了磁光OMAL开关的光路,并用琼斯矩阵证明其可行性。 (2)电路设计与制作 通过控制电路产生脉冲电流来驱动磁路产生磁场,放在磁路中的磁光材料GSF(或GMF)被磁化而使通过磁光材料的线偏振光发生偏转。电路和磁路设计是磁光OMAL开关OMAL开关时间大小的关键之一。本文设计了三种电路方案,其中一种是利用AT89S52单片机控制MC33886来产生电流脉冲。另外两种方案是利用DE150和雪崩三极管FMMT415来产生上升沿在纳秒量级的脉冲,用来驱动自保磁材料制作的磁光OMAL开关。对三种电路分别进行了仿真、制作和优化。

大电流欧玛尔OMAL开关装置设计及稳态电场仿真研究
磁路部分是用来直接驱动法拉第旋转器的部件,它的结构直接影响到磁光OMAL开关的OMAL开关时间。设计三种磁路方案,并进行了可行性分析和性能对比实验,zui后选用的是螺线管结构。螺线管的尺寸决定了磁光OMAL开关的整体结构。分析和设计了螺线管的结构,并对螺线管的磁场和电感大小进行了计算和测试。