铝电解槽阳极电流检测方法研究

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1、doi:10.3969/j.issn.1007-7545.2014.03.005铝电解槽阳极电流检测方法的研究赵仁涛,紫京浩,张志芳,铁军(北方工业大学机电工程学院自动化系,北京100144)摘要:提出一种通过测量有限长矩形导体周围磁场来计算导体内电流的方法。该方法基于毕奥—萨伐尔(Biot-Savart)定律,通过MATLAB仿真,建立了能对有限长矩形导体周围磁感应强度求精确解的三重积分模型,并拟合数据得出形状系数的简化解析式。在此基础上,提出了一种能够消除干扰磁场的方法并给出了数学表达式。最后,推导出电流计算模型。理论验证和现

2、场数据分析表明,该方法可以实时监测阳极电流分布。关键词:阳极电流;磁场;电流模型;数据拟合;MATLAB仿真中图分类号:TF821文献标志码:A文章编号:1007-7545(2014)03-0000-00StudyonDetectionMethodofAnodeCurrentinAluminumCellZHAORen-tao,ZIJing-hao,ZHANGZhi-fang,TIEJun(MechanicalandElectricalEngineeringDepartment,NorthChinaUniversityofTechn

3、ology,Beijing100144,China)Abstract:AmethodtomeasuremagneticfieldaroundconductortocalculatecurrentinfiniterectangleconductorwasputforwardbasedonBiot-Savartlaw.ThetripleintegralmodelforaprecisecalculationofmagneticinductionintensityaroundtheconductorwasestablishedbyMATL

4、ABsimulationandthesimplifiedanalysisformulaofshapefactorwasobtainedbyfittingdata.Amethodtoeliminateinterferencefieldswasproposed,themathematicalexpressionswereprovided,andtheanodecurrentcalculationmodelforaluminumreductioncellwasderived.Thefeasibilityofthismethodinrea

5、l-timemonitoringofanodecurrentdistributionisverifiedbyboththeoreticalverificationandfieldmeasurementsanalysis.Keywords:anodecurrent;magneticfield;currentmodel;datafitting;MATLABsimulation我国铝电解企业都把提高电流效率和节能减排作为重要指标之一[1],提高电流效率首先要解决的问题就是如何准确测量阳极电流分布。电流分布随槽况变化而变化,是电解过程中最

6、难掌握的参数之一。铝液波动、炉膛形状改变、电解质成分、极间距离和铝水平都与电流分布有密切的联系。在焙烧过程中通过监测电流分布的变化,可以及时发现和调整阳极的接触状态,避免局部过热导致的焙烧不均匀。在正常电解生产过程中,通过测量电流分布,可以判断电解槽的运行状况、阳极电化学反应性能和槽底破损等[2-4]。在考虑到现场强干扰磁场、高温的情况下,本文通过阳极导杆内电流产生的磁场来检测阳极导杆内的电流大小,通过模型确立、实验室验证和实际现场数据的分析,验证了该方法的可行性与准确性。1矩形导体周围磁场的计算1.1磁场理论基础在实际应用中,阳

7、极导杆、立柱母线、水平母线、跨接母线等导电导体的截面均为矩形且长度有限。因此,推导有限长矩形截面导体的磁感应强度解析表达式是很有必要的[5]。图1为长方形载流导体的模型,电流密度方向与z轴的正方向一致,并且在xoy平面上均匀分布。其跨度在x轴方向上由x1到x2,在y轴方向上由y1到y2,在z轴方向上由z1到z2。图1矩形导体模型Fig.1Rectangularconductormodel收稿日期:2013-08-28基金项目:国家科技部科技支撑计划项目(2012BAEB09)作者简介:赵仁涛(1970-),男,河北冀州人,博士研究

8、生,副教授.根据毕奥-萨伐尔(Biot-Savart)定律:其中式中,(l,m,n)为导体周围某一测量点p的坐标,J是导体的电流密度。将J用电流I与导体截面积的比值代替,从而将电流I移出积分项,则积分项中只有与导体形状相关的项,可以用形状系数h来表

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