CN101582646A - 电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电除尘器(ESP)用高频高压直流开关电源的功率叠加方法及实现所述方法的装置。本发明所述方法及装置通过电压串联的方式，将小功率的基本高频高压功率变换单元进行功率叠加，得到大功率高频高压直流开关电源，以满足大容量ESP的供电需求；且能使大容量电除尘器达到节能、减排和降耗的效果。

Description

电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法及装置
技术领域
本发明涉及电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加技术，尤其涉及一种应用于电除尘器(ESP)的高频高压直流开关电源的功率叠加方法及装置。
背景技术
电除尘器(ESP)是火力发电厂和大型冶炼、建材、化工等行业必备配套设备，将燃煤或燃油锅炉排放烟气中的颗粒烟尘加以清除，从而大幅度降低排入大气层中的烟尘量，有利于改善环境污染，提高空气质量。
一般，电除尘器需要1000mA～3200mA/80kV的高频高压直流电源供电，所需最大功率为256kW。目前，国内外大部分电除尘器厂商开始采用高频高压直流开关电源作为电除尘器的供电电源，以提高除尘效率。
目前，高频高压直流开关电源的制造方法一般是：将市电经低频整流滤波器整流和滤波得到低压直流电，再分别经高频逆变器高频逆变和升压器升压得到高频高压交流电；然后，将所得高频高压交流电经高频整流器得到高频高压直流电，作为工作电源。这里，高频逆变器、升压器和高频整流器组成一个基本高频高压功率变换单元。
但是，由于受散热问题、性价比问题以及市场需求问题等因素的影响和限制，一般情况下，一个基本高频高压功率变换单元最大电压/电流值只宜做到800mA/80kV左右，最大功率也只宜做到64kW左右。这里，基本高频高压功率变换单元指基本高频高压直流开关电源的最小供电单元。
所以，需要解决应用于ESP的高频高压直流开关电源的功率叠加问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法及装置，所述方法及装置能够满足大容量ESP对高频高压直流开关电源的供电需求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，包括步骤：
a、将低压交流电经低频整流和滤波得到低压直流电，再分别经高频逆变和升压得到高频高压交流电；
b、将步骤a所得高频高压交流电经高频整流得到高频高压直流电，将所得高频高压直流电串联，作为工作电源。
以上所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，所述步骤b之后还包括：采集步骤b中工作电源的电压和电流，与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变来控制步骤a输出的高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率，直到达到设定的工作电压和电流。
以上所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，所述低压交流电为三相380V，50HZ或60HZ的市电。
同时，本发明还提供了一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，包括步骤：
A、将低压交流电经低频整流和滤波得到低压直流电，再分别经高频逆变和升压得到高频高压交流电；
B、将步骤A所得高频高压交流电进行串联，再进行高频整流得到高频高压直流电，作为工作电源。
以上所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，所述步骤B之后还包括：采集步骤B中工作电源的电压和电流，与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变来控制步骤A输出的高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率，直到达到设定的工作电压和电流。
以上所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，所述低压交流电为三相380V，50HZ或60HZ的市电。
另外，本发明还提供了一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，包括低频整流滤波器和至少一个基本高频高压功率变换单元；所述基本高频高压功率变换单元包括高频逆变器、升压器和高频整流器；其中：
所述低频整流滤波器，用于对低压交流电进行整流和滤波而得到低压直流电；
所述高频逆变器，用于对所述低压直流电进行高频逆变而得到高频交流电；
所述升压器，用于对所述高频交流电进行升压而得到高频高压交流电；
所述高频整流器，用于对所述高频高压交流电进行高频整流而得到高频高压直流电；
将经所述基本高频高压功率变换单元处理的高频高压直流电进行串联，作为工作电源。
以上所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，还包括电压电流检测器和主控制器，所述电压电流检测器用于采集工作电源的电压和电流；所述主控制器用于将电压电流检测器采集所得电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。
同时，本发明也提供了一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，包括低频整流滤波器、至少一个基本功率变换单元和高频整流器；所述基本功率变换单元包括高频逆变器和升压器；其中：
所述低频整流滤波器，用于对低压交流电进行整流和滤波而得到低压直流电；
所述高频逆变器，用于对所述低压直流电进行高频逆变得到高频交流电；
所述升压器，用于对所述高频交流电进行升压而得到高频高压交流电；
所述高频整流器，用于对所述高频高压交流电进行高频整流而得到高频高压直流电；
将经所述基本功率变换单元处理所得高频交流电进行串联，再经所述高频整流器进行高频整流后得到高频高压直流电，作为工作电源。
以上所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，还包括电压电流检测器和主控制器，所述电压电流检测器用于采集工作电源的电压和电流；所述主控制器用于将电压电流检测器采集所得电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。
在本发明中，所述升压器可以是高频变压器。
在本发明中，低压交流电经低频整流滤波器整流和滤波得到低压直流电，再分别经高频逆变器高频逆变和升压器升压得到高频高压交流电；然后，或者经高频整流器高频整流得到高频高压直流电且串联，作为工作电源；或者串联后再经高频整流器高频整流得到高频高压直流电压，作为工作电源。这样，通过电压串联的方式将n个基本高频高压功率变换单元或n个基本功率变换单元进行功率叠加，得到大功率电除尘器用高频高压直流开关电源，以满足大容量ESP的供电需求，且能使所述ESP提高除尘效率、减少粉尘排放且节能降耗。这里，n为自然数。
进一步的，在本发明中，电压电流检测器采集电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加所得高频高压直流开关电源的电压和电流，主控制器将采集电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值，从而为大容量ESP提供精度更高的高频高压直流开关电源。
综上所述，本发明的有益效果是：
通过电压串联的方式，将较小功率的基本高频高压功率变换单元或基本功率变换单元进行功率叠加，得到大功率高频高压直流开关电源，能够满足大功率高电压输出的ESP的供电需求。
附图说明
图1为本发明电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法的流程示意图；
图2为本发明电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置第一实施例的电路框图；
图3为本发明电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置第二实施例的电路框图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：交流电压经低频整流滤波器整流和滤波，再经高频逆变器高频逆变和升压器升压得到高频高压交流电；然后，或者，将所述高频高压交流电经高频整流器高频整流得到高频高压直流电，并将所述高频高压直流电串联，作为工作电源；或者，将所述高频高压交流电串联，再经高频整流器高频整流得到高频高压直流电，作为工作电源。同时，电压电流检测器采集高频高压直流开关电源的电压和电流，主控制器将采集电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。
图1为本发明电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法的流程示意图，本发明电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法的实现流程包括步骤：
步骤101：三相380V，50HZ或60HZ的市电经低频整流滤波器整流得到直流电，再滤波消除市电中的浪涌电压和干扰信号，提高直流电的质量。
步骤102：直流电经高频逆变器高频逆变，得到高频交流电。
步骤103：高频交流电输入到升压器的初级线圈，升压后，升压器次级线圈输出高频高压交流电。
其中，升压器为高频变压器。
步骤104：高频高压交流电输入到高频整流器的输入端，经高频整流，输出高频高压直流电。
步骤105：串联高频整流器的输出端，得到串联高频高压直流电压，作为工作电源。
步骤106：电压电流检测器实时采集工作电源的电压和电流。
其中，工作电源输出电压和电流的采集工作可以通过数字信号处理器(DSP)实现。
步骤107：主控制器将采集电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流的控制量UK。
步骤108：根据控制量UK，调整步骤102中高频逆变器初级线圈上的高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率，以控制工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。
其中，工作电源输出电压和电流的控制工作可以通过DSP实现。
步骤101～108是一次完整的电除尘器高频高压直流开关电源的功率叠加过程，在实际应用中，步骤104和步骤105可以由步骤201和步骤202代替，即在步骤101～103之后还可以执行以下步骤：
步骤201：串联升压器的次级线圈，得到串联高频高压交流电。
步骤202：串联高频高压交流电输入到高频整流器的输入端，经高频整流，输出高频高压直流电，作为工作电源；然后执行步骤106～108。
步骤101～103、201～202、106～108也是一次完整的电除尘器高频高压直流开关电源的功率叠加过程。
图2为本发明电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置第一实施例的电路框图，本实施例中的实现电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法的装置包括：低频整流滤波器01、第1～n基本高频高压功率变换单元、电压电流检测器02和主控制器03，其中第n基本高频高压功率变换单元包括第n高频逆变器n1、第n升压器n2和第n高频整流器n3。
本实施例中，低频整流滤波器01将三相380V、50HZ或60HZ的市电经整流和滤波得到520V左右的直流电，之后，将所得直流电分别经每个基本高频高压功率变换单元进行高频逆变、升压和高频整流。
本实施例中，设n＝4，则：在第1基本高频高压功率变换单元中，第一逆变器11将来自低频整流滤波器01的直流电高频逆变得到第一高频交流电，第一升压器12将所得高频交流电升压得到第一高频高压交流电，第一高频整流器13将所得高频高压交流电高频整流得到第一高频高压直流电。以此类推，在第2～4基本高频高压功率变换单元中分别得到第二至四高频高压直流电。
然后，将第一至第四高频高压直流电压串联，用作工作电源-VO。其中，串联支路的一端接地，另一端接电源-VO。
同时，电压电流检测器02采集工作电源的电压VO和电流IO，并将采集电压VO和电流IO输送给主控制器03；主控制器03将采集电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制第1～4高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。其中，电压电流检测器02的保护端接地。
本实施例中，由同一个主控制器03对电源统一进行控制功率调节，闪络跟踪处理和安全保护，保证了每个基本高频高压功率变换单元的输出电压、电流和功率以及闪络保护的同步性和一致性。
本实施例中，电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置的执行步骤与图1中步骤101～108一致。
本实施例中，所述低频整流器、高频逆变器、升压器、高频整流器、电压电流检测器和主控制器均可由现有元器件中得到现成的，或者在实验室通过实验方法得到。
图3为本发明电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置第二实施例的电路框图，本实施例中的实现电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法的装置包括：低频整流滤波器01、第1～n基本功率变换单元、电压电流检测器02、主控制器03和高频整流器04，其中第n基本功率变换单元包括第n高频逆变器n1和第n升压器n2。
本实施例中，低频整流滤波器01将三相380V、50HZ或60HZ的市电经低频整流和滤波得到520V左右的直流电，之后，将所得直流电分别经每个基本高频高压功率变换单元进行高频逆变和升压。
本实施例中，设n＝3，则：在第1基本高频高压功率变换单元中，第一逆变器11将来自低频整流滤波器01的直流电高频逆变得到第一高频交流电，第一升压器12将所得高频交流电升压得到第一高频高压交流电。以此类推，在第2和第3基本高频高压功率变换单元中分别得到第二和第三高频高压交流电。
然后，将第一至第三高压交流电压串联后经高频整流器04高频整流，得到高频高压直流电，作为工作电源-VO。其中，高频整流器04的一输出端接地，另一输出端接电源-VO。
同时，电压电流检测器02采集工作电源的电压VO和电流IO，并将采集电压VO和电流IO输送给主控制器03；主控制器03将采集电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制第1～3高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。其中，电压电流检测器02的保护端接地。
本实施例中，功率变换过程中将经第一至第三升压器升压后的高压交流电压串联后统一由高频整流器04进行高频整流。
本实施例中，电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置的执行步骤与图1中步骤101～103、201～202、106～108一致。
本实施例中，所述低频整流器、高频逆变器、升压器、高频整流器、电压电流检测器和主控制器均可由现有元器件中得到现成的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，其特征在于，包括步骤：
a、将低压交流电经低频整流和滤波得到低压直流电，再分别经高频逆变和升压得到高频高压交流电；
b、将步骤a所得高频高压交流电经高频整流得到高频高压直流电，将所得高频高压直流电串联，作为工作电源。
2、根据权利要求1所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，其特征在于，所述步骤b之后还包括：采集步骤b中工作电源的电压和电流，与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变来控制步骤a输出的高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率，直到达到设定的工作电压和电流。
3、根据权利要求1所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，其特征在于，所述低压交流电为三相380V，50HZ或60HZ的市电。
4、一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，其特征在于，包括步骤：
A、将低压交流电经低频整流和滤波得到低压直流电，再分别经高频逆变和升压得到高频高压交流电；
B、将步骤A所得高频高压交流电进行串联，再进行高频整流得到高频高压直流电，作为工作电源。
5、根据权利要求4所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，其特征在于，所述步骤B之后还包括：采集步骤B中工作电源的电压和电流，与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变来控制步骤A输出的高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率，直到达到设定的工作电压和电流。
6、根据权利要求4或5所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加方法，其特征在于，所述低压交流电为三相380V，50HZ或60HZ的市电。
7、一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，其特征在于，包括低频整流滤波器和至少一个基本高频高压功率变换单元；所述基本高频高压功率变换单元包括高频逆变器、升压器和高频整流器；其中：
所述低频整流滤波器，用于对低压交流电进行整流和滤波而得到低压直流电；
所述高频逆变器，用于对所述低压直流电进行高频逆变而得到高频交流电；
所述升压器，用于对所述高频交流电进行升压而得到高频高压交流电；
所述高频整流器，用于对所述高频高压交流电进行高频整流而得到高频高压直流电；
将经所述基本高频高压功率变换单元处理的高频高压直流电进行串联，作为工作电源。
8、根据权利要求7所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，其特征在于，还包括电压电流检测器和主控制器，所述电压电流检测器用于采集工作电源的电压和电流；所述主控制器用于将电压电流检测器采集所得电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。
9、一种电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，其特征在于，包括低频整流滤波器、至少一个基本功率变换单元和高频整流器；所述基本功率变换单元包括高频逆变器和升压器；其中：
所述低频整流滤波器，用于对低压交流电进行整流和滤波而得到低压直流电；
所述高频逆变器，用于对所述低压直流电进行高频逆变得到高频交流电；
所述升压器，用于对所述高频交流电进行升压而得到高频高压交流电；
所述高频整流器，用于对所述高频高压交流电进行高频整流而得到高频高压直流电；
将经所述基本功率变换单元处理所得高频交流电进行串联，再经所述高频整流器进行高频整流后得到高频高压直流电，作为工作电源。
10、根据权利要求9所述的电除尘器用高频高压直流开关电源的功率叠加装置，其特征在于，还包括电压电流检测器和主控制器，所述电压电流检测器用于采集工作电源的电压和电流；所述主控制器用于将电压电流检测器采集所得电压和电流与设定的工作电压和电流进行比较，确定电压和电流控制量UK，通过控制高频逆变器的输入高频高压交流电的脉冲宽度或脉冲频率调整工作电源的输出电压和电流，直到达到设定值。
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