CN101463762B - 连续等离子流点火激励器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种连续等离子流点火激励器，它由保护电路、逆变电路、双环控制电路、输出电路以及高频高压引弧器组成。用于燃气轮机等离子流点火发生器提供小电流激励：本激励器采用高频开关电源模块化设计，提高了工作频率，减小了体积重量；采用PWM调制控制脉冲宽度，输出为稳定小电流；采用双环控制电路，由电流稳定、电压限制的方式控制工作状态，输出为电压陡降电流恒流的特性，可以在输出短路时不至烧毁。

Description

连续等离子流点火激励器

(一)技术领域

本发明涉及的是一种热能与动力装置的的点火控制设备，特别是涉及一种适用于燃气轮机的连续等离子流点火激励器。

(二)背景技术

现如今燃气轮机由于其功率大、重量尺寸小、效率高等优点，在航空、船舶、发电等诸多领域得到广泛应用和发展。在燃气轮机的启动过程中，点火是关键。点火的成功率将直接关系到整个装置的安全可靠运行。

目前，常用的燃气轮机点火方法有电火花点火和半导体表面放电点火，电火花点点火能量较低，点火延时长。半导体表面放电点火虽然可以得到较大的点火功率，但由于半导体的寿命问题，直接影响整个点火装置的性能和寿命，且电磁辐射相当严重。

等离子点火是近年来的一种新型点火装置，利用电弧激发高温等离子体引燃燃料。其优点在于点火功率大，可以提高点火的成功率和燃烧的稳定性。现有的等离子点火技术有脉冲式等离子点火和连续等离子射流点火，脉冲式等离子点火由于放电频率的限制，持续点火能量不足，能提供的等离子体不多，因此，出现了连续等离子射流点火的概念，既改变脉冲的工作方式为连续的等离子射流。该设想具有十分重要的现实意义和很高的可行性。

已有一些关于连续等离子射流点火的报道，例如专利申请号为200620013108.5、名称为“等离子点火大功率开关电源”的专利文件中公开的技术方案等。这些技术方案普遍是适用于煤粉锅炉中直接点燃煤粉的等离子发生器提供大功率的直流电源。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种主要应用于燃气轮机的启动点火，为连续等离子流点火器提供稳定的小功率电弧，输出为小电流直流电的连续等离子流点火激励器。采用高频开关电源设计，提高工作效率；采用双环控制电路，稳定输出小电流；采用PWM调制芯片控制脉冲宽度；输出为电压陡降电流恒流的特性；通过采用以上技术，本发明可以实现体积重量小，工作效率高，点火电流稳定等效果。

本发明的目的是这样实现的：

一种连续等离子流点火激励器。它由保护电路、逆变电路、双环控制电路、输出电路以及高频高压引弧器组成；保护电路输入端与220V交流供电和控制直流供电通过航空接头相连；保护电路输出端连接逆变电路与高频高压引弧器的输入端；双环控制电路和保护电路的工作用电由控制直流电供给；双环控制电路连接逆变电路与输出电路，其输入连端接输出电路中的传感器的输出端，其输出端连接逆变电路的控制端；逆变电路的输出端连接输出电路的输入端；输出电路的负极连接高频高压引弧器输出端的正极；输出电路的正极连接点火激励器的机箱外壳；高频高压引弧器的输出端负极接高压点火电缆的内芯输出；点火激励器的机箱外壳与高压点火电缆的外部金属屏蔽层相连。

本发明还可以包括：

点火激励器采用模块化设计，由不同的工作需要，可以选择单路输出或多路输出。每一路输出模块包括逆变电路，双环控制电路，输出电路，以及高频高压引弧器。输出模块连接至保护电路，由保护电路统一控制电信号的供给。

采用高频开关电源设计，用MOS管代替可控硅实现高频变换；采用双环控制电路，由电流稳定、电压限制的方式控制工作状态；采用PWM调制芯片控制脉冲宽度；输出为电压陡降电流恒流的特性。

其工作方式是采用高频开关逆变，提高工作效率，减小体积重量。

采用模块化设计，单套激励器分为五大电路模块，可以根据需要扩展。

保护电路、逆变电路、双环控制电路、输出电路以及高频高压引弧器五大电路模块之间依照电路顺序采用电信号连接构成。

高频高压引弧器的输出耦合变压器既作为高压耦合输出端，也作为输出电路中的电抗器。

本发明的其工作方式是：将220V交流电通过MOS管高频开关逆变，再进行整流滤波，通过高频高压引弧，在等离子流发生器电极间建立稳定电弧，输出恒定的小电流直流，可以耐输出短路不烧毁。其控制系统采用电流反馈，电压电流限制双环控制，实现了陡降的外特性。

本发明可以实现依据所需要的点火能量，设定电流反馈量，实现稳定的小电流等离子弧。与专利申请号为200620013108.5的专利文件中公开的技术方案相比，此些专利文件中的技术方案是应用于煤粉锅炉中直接点燃煤粉的等离子发生器提供大功率的直流电源，而本发明是主要应用于燃气轮机的启动点火，为连续等离子流点火器提供稳定的小功率电弧，输出为小电流直流电。因此，二者在在应用范围，设计理念，工作方式，控制手段和实施方法上等都截然不同。

(四)附图说明

图1是本发明连续等离子流点火激励器的外部连接示意图。

图2是本发明连续等离子流点火激励器的内部结构模块示意图。

图3是本发明连续等离子流点火激励器的保护电路原理图。

图4是高频高压引弧器原理图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，图1是本发明连续等离子流点火激励器的外部连接示意图。其外部接口与指示灯主要包括：一个220V交流输入接口，一个低压直流控制输入接口，一个工作指示灯，一个故障指示灯，以及输出接口。激励器输出接口可以根据燃气轮机功率、燃料等因素确定的点火源个数确定输出接口个数。依据输出接口个数，可以拓展激励器模块，比如设计一台激励器是2路输出，若需要4个点火源，则配备两个激励器与4套等离子发生器及高压点火电缆。

图2是本发明连续等离子流点火激励器的内部结构模块示意图。激励器采用模块化设计，可以自由选择单路输出和双路输出，在本实施例中采用的是双路输出。

保护电路的主要功能是通过检测原边电流大小，控制继电器的通断，以保护激励器避免过流烧毁。检测方式可选择电阻检测，电流传感器检测等方式，由于电流传感器对整机的损耗较小，故采用电流传感器方式检测。如图3所示，保护电路其检测回路将电流传感器4得到的检测信号放大，连接到三极管5的控制极以控制继电器8的通断。若继电器8断开，则检测信号同时导通故障指示灯6以提醒工作人员进行故障检修；若继电器闭合，则检测信号同时导通工作指示灯7以显示工作状态。继电器可根据控制信号大小，选择合适的控制继电器来控制220V交流输入的通断。同时，控制继电器的低压直流供给还承担着激励器控制系统等的辅助供电，因此，直流电压应该在20V～36V间为宜。

逆变电路的主要功能是将220V交流整流滤波得到的300V直流逆变成高频方波交流电，根据功率大小可选择正激(包括双管正激等变换形式)、半桥、全桥等拓扑方式，此模块属业内普遍认知的内容，在此不再赘述。

双环控制电路的主要功能是取样电流和电压值，与设定值比较，根据差值调整输出高频脉冲的脉冲宽度，以稳定激励器的工作状态。电流取样包括原边电流传感器和输出电流传感器，原边电流取样的作用是与设定的门限值对比，若超过则关闭脉冲输出保护激励器；输出电流取样的作用是与设定的标准值对比，调节脉冲宽度大小，稳定输出电流。电压取样是取样输出电压，与设定的门限值作对比，若超过则超越电流取样的权限，将脉冲宽度稳定在一个很小的范围内，以保证空载下的低功耗运行。同时电压取样信号也是故障指示灯的输出信号，空载运行即表示激励器未能激发等离子弧即点火失败，因此若电压取样回路工作则故障指示灯亮，提醒工作人员关闭点火激励器并做故障检测。

高频高压引弧器的主要功能是其产生高频高压，与激励器主电路配合工作，在等离子流发生器的阴极和阳极间击穿空气，建立火花通道，让激励器主电路沿此通道建立等离子电弧。当主电路输出稳定电流时，引弧器停止工作；若主电路因其他原因电流中断，则其启动工作。其引弧方式采用业内较常用的火花放电器耦合高压输出。但其耦合变压器的副边在主电路里同时作为电抗器以维持电弧电流的平滑稳定，这是本发明的一个特征。如图4所示，220V交流电经整流滤波得到的高压由开关管9和变压器10高频开关作用产生高压输送给变压器12，火花放电器11将变压器10产生的高压经变压器12耦合输出。变压器12的输出端即高频高压引弧器的输出端，输出部分采用耐高压聚四氟乙烯导线连接以保证可靠绝缘。

Claims (2)

1.一种连续等离子流点火激励器，它由保护电路、逆变电路、双环控制电路、输出电路以及高频高压引弧器组成；其特征是：保护电路输入端与220V交流供电和控制直流供电通过航空接头相连；保护电路输出端连接逆变电路与高频高压引弧器的输入端；双环控制电路和保护电路的工作用电由控制直流电供给；双环控制电路连接逆变电路与输出电路，该双环控制电路的输入端接输出电路中的传感器的输出端，该双环控制电路的输出端连接逆变电路的控制端；逆变电路的输出端连接输出电路的输入端；输出电路的负极连接高频高压引弧器输出端的正极；输出电路的正极连接点火激励器的机箱外壳；高频高压引弧器的输出端负极接高压点火电缆的内芯输出；点火激励器的机箱外壳与高压点火电缆的外部金属屏蔽层相连。

2.根据权利要求1所述的连续等离子流点火激励器，其特征是：高频高压引弧器的输出耦合变压器既作为高压耦合输出端，也作为输出电路中的电抗器。

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