CN102497113A

CN102497113A - 一种静电除尘用高频高压电源及控制方法

Info

Publication number: CN102497113A
Application number: CN2011103588825A
Authority: CN
Inventors: 曾庆军; 章飞; 鲁通; 刘钰华; 康安明; 李春华
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种用于静电除尘的高频高压电源及控制方法，所述电源包括整流模块、高频逆变模块、变压器模块、高压整流模块、上位机监控及系统故障诊断单元、系统电源模块、远程监控单元以及控制单元。所述方法如下：三相交流电源经三相整流和滤波电路输出直流后，经过高频逆变电路输出高频交流电经高频升压变压器升压，再经过高压整流硅堆整流成高压直流加载到静电除尘负载上；将实时采集的电源内部的数据经过信号调理和处理后输入到控制单元来控制高频逆变电路从而对电源的输出进行调整，控制单元通过CAN总线接口将采集到的实时参数传送给上位机，进行故障诊断，给出电源的当前运行状态和故障诊断结果，并定时向远程终端传送。

Description

一种静电除尘用高频高压电源及控制方法

技术领域

本发明涉及一种静电除尘用高频高压电源及控制方法，特别涉及一种具有实时监测、故障诊断和远程监控功能的静电除尘用高频高压电源及控制方法。

背景技术

近年来，我国的工业水平和规模不断发展，废气的排放量逐渐增大。目前，应用于工业除尘的设备主要采用工频电源，但除尘效率低，电源转换效率差，设备体积大，反电晕抑制能力差，需要更多的电能供电，浪费了企业大量的资金和技术。随着国家对大气污染排放标准进一步的提高，传统的工频除尘电源很难满足新的要求，急需研发新型产品，提高除尘效率，降低单位能耗，满足国家烟气排放标准。

新型的基于高频开关技术的高频高压电源采用脉冲方式供电，提高了电源的转换效率，有效抑制了反电晕现象。国内的静电除尘用高频高压电源整体来看输出功率都不高，研发的产品仅局限于小功率等级的除尘电源，随着电源输出功率的增大，制造工艺和控制技术的难度也越大，主要是因为电源输出电源增大后，变压器升压比增大，这将导致变压器漏感和寄生电容都比较大，变压器的高匝比也增加了其能量损失，降低了电源的转换效率；其次随着高频高压电源功率的增大，使得电流和电压也随之增大，对变换器、变压器和整流器件的要求也更高；另外，为了尽量提高除尘效率，出现闪络的次数也将增加，因此要求电源具备可靠的抗频繁短路的能力。为了保证静电除尘电源的稳定运行，还必须要建立能够全面、稳定的电源实时监控系统，并以此为基础开发参数预测和故障诊断功能，另外还需要具备远程监控功能，实现远程计算机访问数据库服务器和监控计算机，并可以进行异地远程调试控制工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出了一种用于静电除尘的高频高压开关电源，其可靠性高、功率大，并具有电源实时监控系统，能够进行故障诊断和远程监控调试。

本发明的技术方案为：一种静电除尘用高频高压电源，包括整流模块、高频逆变模块、变压器模块、高压整流模块、上位机监控及系统故障诊断单元、系统电源模块、远程监控单元以及控制单元；输入的三相交流电源经整流模块三相整流和滤波后输出直流电，所述直流电经过含有谐振变换器的高频逆变模块输出的高频交流电经变压器模块升压，再经过高压整流模块整流成高压直流加载到静电除尘负载上；控制单元控制所述高频逆变模块从而对电源的输出进行调整；系统故障诊断单元通过DSP采集的电源内部实时参数通过CAN总线接口传送给上位机监控单元，由上位机监控单元进行故障诊断，给出所述电源的当前运行状态和故障诊断结果，并定时向远程监控单元传送，实现远程监控功能；系统电源模块给整流模块、高频逆变模块、变压器模块、高压整流模块、上位机监控及系统故障诊断单元提供电源。

所述的高频逆变模块包括四个IGBT构成的全桥逆变器，且每个IGBT的集电极和发射极之间反并联一个续流二极管，同时并联一个阻容均压装置；全桥逆变器输出端接串并联谐振软开关电路，即LCC谐振变换器。

一种静电除尘用高频高压电源的控制方法如下：

输入的三相交流电源经整流模块三相整流和滤波后输出直流电，所述直流电经过含有谐振变换器的高频逆变模块输出的高频交流电经变压器模块升压，再经过高压整流模块整流成高压直流加载到静电除尘负载上；控制单元控制所述高频逆变模块从而对电源的输出进行调整；系统故障诊断单元通过DSP采集的电源内部实时参数通过CAN总线接口传送给上位机监控单元，由上位机监控单元进行故障诊断，给出所述电源的当前运行状态和故障诊断结果，并定时向远程监控单元传送，实现远程监控功能；系统电源模块给整流模块、高频逆变模块、变压器模块、高压整流模块、上位机监控及系统故障诊断单元提供电源。

所述的系统故障诊断单元包括所述电源的初/次级电压电流、IGBT模块温度、火花频率以及静电除尘设备内部的相关信号的实时监测以及现场故障诊断节点数据的综合处理、故障识别、判断故障类型、给出故障诊断结果。

本发明的有益效果在于：本发明提出的一种用于静电除尘的高频高压开关电源，其可靠性高、功率大，并具有电源实时监控系统，能够进行故障诊断和远程监控调试，具有控制灵活、方便维护和调试的优点。

附图说明

图1(a)是本发明的系统整体框图，(b)具体实施结构图；

图2(a)是本发明的主电路原理图，(b)具体实施结构图；

图3是本发明的软启动电路图；

图4是本发明的系统控制流程图；

图5是本发明的监控与故障诊断框图。

具体实施方式

下面参考附图和具体实施方式对本发明近一步说明。

如图1和图2所示，一种用于静电除尘的高频高压电源，包括整流模块、高频逆变模块、变压器模块和高压整流模块，各模块均进行电流电压的采集，其中对于全桥逆变电路中的IGBT模块设有温度检测电路，对于火花频率和静电除尘设备内部的相关信号均进行实时采集，在线监控电源内部参数进而监测电源运行状态；对于所有采集到的现场数据均上传给上位机服务器存入数据库，根据状态监测所获得的数据，结合电源运行历史情况，进行故障诊断；远程终端通过访问数据库服务器和监控计算机，进行异地远程参数设置、调试控制工作。

所述的一种静电除尘用高频高压电源，包括整流模块、高频逆变模块、变压器模块、高压整流模块、上位机监控及系统故障诊断单元、系统电源模块、远程监控单元。输入的三相交流电源经三相整流和滤波电路输出直流后，经过含有谐振变换器的高频逆变电路输出高频交流电经高频升压变压器升压，再经过高压整流硅堆整流成高压直流加载到静电除尘负载上。高频逆变电路的工作受DSP输出的控制信号控制，电流、电压和温度等检测电路实时采集的电源内部数据经过信号调理和处理后输入到DSP，通过DSP来控制高频逆变电路从而对电源的输出进行调整；系统参数的实时监测和故障诊断主要是通过DSP采集的电源内部实时参数通过CAN总线接口传送给上位机，由上位机服务器进行故障诊断，给出电源的当前运行状态和故障诊断结果，并定时向远程终端传送，实现远程监控功能。

所述的高频高压电源进行了模块化设计，主要包括电源模块、模拟量模块、DSP控制模块、CPLD数字量模块。

所述的高频逆变电路包括四个IGBT构成的全桥逆变器，且每个IGBT的集电极和发射极之间反并联一个续流二极管，同时并联一个阻容均压装置；全桥逆变器输出端接串并联谐振软开关电路，即LCC谐振变换器，包括串联谐振电感(变压器漏感和导线杂散电感)、串联谐振电容(外加电容)和并联谐振电容(变压器和高压硅堆并联寄生电容)。

所述的以DSP芯片TMS320F2812为核心的控制单元，主要包括模拟量采集与处理、PWM控制信号发生与输出、键盘输入、液晶显示、火花检测、驱动电路和故障检测保护电路、CAN总线通信。

所述的系统参数实时监测包括电源的初/次级电压电流、IGBT模块温度、火花频率以及静电除尘设备内部的相关信号的实时监测；故障诊断包括现场故障诊断节点数据的综合处理，进行故障识别，判断故障类型，给出故障诊断结果；远程监控功能包括电源系统运行参数的显示和设置，数据库服务器和现场监控计算机的访问，进行异地远程调试控制工作。如图4所示。

基于DSP TMS320F2812的静电除尘用高频高压开关电源，其输入为三相380V工频交流电，经三相整流滤波电路后成为530V直流电压，再经过IGBT全桥逆变器模块成为高频脉冲电压，然后通过高频脉冲变压器升压后经高压整流硅堆输出高压直流电供给静电除尘器；

为降低电路开始运行时冲击电流的影响，对电路实行软启动，电路如图(3)所示，P、N分别为直流母线和接地线，通过大电阻进行分压，当直流电压高于300V时，Q1导通带动Q2导通，双触头(或多触头)继电器K1闭合，晶闸管S1进入工作状态，同时，继电器K2、K3也闭合，晶闸管S2、S3也进入工作状态。

高频逆变电路包括四个IGBT构成的全桥逆变器，且每个IGBT的集电极和发射极之间反并联一个续流二极管，同时并联一个阻容均压装置构成缓冲器，这种结构可以提高缓冲器的耐压特性；全桥逆变器输出端接串并联谐振软开关电路，即LCC谐振变换器，包括串联谐振电感(变压器漏感和导线杂散电感)、串联谐振电容(外加电容)和并联谐振电容(变压器和高压硅堆并联寄生电容)，并且IGBT的关断采用了零电流软关断技术，当需要关断IGBT时需要等主回路完成一个谐振过程，检测到谐振电流为零时才关断，防止了电流突变造成的电压尖峰对IGBT的损坏。DSP发出的脉冲信号通过IGBT驱动电路来控制逆变模块的工作，IGBT的驱动电路是以CONCEPT公司的双路SCALE技术IGBT驱动器芯片2SD315AI为核心构成的，具有短路保护和过电流保护功能，能抗很高的dv/dt，大于100000v/μs。

整个电源进行了模块化设计，主要包括电源模块、模拟量模块、DSP控制模块、CPLD数字量模块。模块化的设计可以方便电源的调试和维护工作。以DSP芯片TMS320F2812为核心的控制单元，主要包括模拟量采集与处理、PWM控制信号发生与输出、键盘输入、液晶显示、火花检测、驱动电路和故障检测保护电路、CAN总线通信。

本高频高压开关电源设计了完整的硬件保护电路，包括三相进线过流保护电路、直流母线过压保护电路、IGBT驱动互锁与封锁电路、逆变过流保护电路以及IGBT过热保护电路。包括整流模块、高频逆变模块、变压器模块和高压整流模块，各模块均进行电流电压的采集，其中对于全桥逆变电路中的IGBT模块设有温度检测电路，另外，对于火花频率和静电除尘设备内部的相关信号均进行实时采集，采集的电源内部数据经过信号调理和处理后输入到DSP，通过DSP来控制高频逆变电路从而对电源的输出进行调整；DSP采集的电源内部实时参数通过CAN总线接口传送给上位机，在线监控电源内部参数进而监测电源运行状态，如果发生故障，上位机上的故障诊断程序根据状态监测所获得的数据，结合电源运行历史情况，经过专家系统的综合分析来进行故障诊断，包括现场故障诊断节点数据的综合处理，进行故障识别，判断故障类型，给出故障诊断结果。远程终端通过访问数据库服务器和监控计算机，进行异地远程参数设置、调试控制工作。

Claims

1.一种静电除尘用高频高压电源，其特征在于：包括整流模块、高频逆变模块、变压器模块、高压整流模块、上位机监控及系统故障诊断单元、系统电源模块、远程监控单元以及控制单元；输入的三相交流电源经整流模块三相整流和滤波后输出直流电，所述直流电经过含有谐振变换器的高频逆变模块输出的高频交流电经变压器模块升压，再经过高压整流模块整流成高压直流加载到静电除尘负载上；控制单元控制所述高频逆变模块从而对电源的输出进行调整；系统故障诊断单元通过DSP采集的电源内部实时参数通过CAN总线接口传送给上位机监控单元，由上位机监控单元进行故障诊断，给出所述电源的当前运行状态和故障诊断结果，并定时向远程监控单元传送，实现远程监控功能；系统电源模块给整流模块、高频逆变模块、变压器模块、高压整流模块、上位机监控及系统故障诊断单元提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种静电除尘用高频高压电源，其特征在于，所述的高频逆变模块包括四个IGBT构成的全桥逆变器，且每个IGBT的集电极和发射极之间反并联一个续流二极管，同时并联一个阻容均压装置；全桥逆变器输出端接串并联谐振软开关电路，即LCC谐振变换器。

3.一种基于权利要求1所述的一种静电除尘用高频高压电源的控制方法，其特征在于：

4.根据权利要求1或3所述的一种静电除尘用高频高压电源的控制方法，其特征在于，所述的系统故障诊断单元包括所述电源的初/次级电压电流、IGBT模块温度、火花频率以及静电除尘设备内部的相关信号的实时监测以及现场故障诊断节点数据的综合处理、故障识别、判断故障类型、给出故障诊断结果。