CN103920594A - 一种电除尘用高压脉冲功率电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电除尘用高压脉冲功率电源，主回路开关1、高压基波电路、脉冲功率发生器、耦合电路、检测电路、DSP控制器；具有采用直流高压基波叠加高压脉冲功率的电源类型，使得所述的高压脉冲功率电源在保证低能耗的前提下，有效解决了中高比电阻粉尘的吸收问题，同时不会产生严重闪络；并且由于采用了直流高压基波叠加高压脉冲功率的形式，直流高压基波可以大幅低于其他电源的工作电压，而在高压脉冲到达瞬间，电场电位升高，粉尘荷电，高压脉冲消失后，在高压基波形成的电场作用下，荷电粉尘向阳极板移动，这样使得消耗在电场中未参与粉尘荷电的能耗大大减少，因而降低了能耗，提高了电能利用率。

Description

一种电除尘用高压脉冲功率电源

技术领域

本发明涉及一种高压脉冲功率电源，特别涉及一种电除尘用高压脉冲功率电源。

背景技术

近年来，随着国家对大气污染的治理力度加大，企业的环保排放标准也在提高，很多工业烟气净化设备都达不到新标准，面临二次改造的处境。目前市场上主要的烟气净化设备为电除尘器。而电除尘器电源作为电除尘器的关键部件之一，它对电除尘器的除尘效果、能耗、工作稳定性、安全性都有着重要的影响。目前市场主要电源为三相电源和高频电源。

电除尘器是利用高压电场净化烟气中粉尘颗粒物的设备。电除尘器的烟气净化过程分三个阶段：1、气体电离和粉尘荷电：在电晕极与收尘极之间施加直流高电压，使电晕极附近的气体电离，产生大量正负离子。在电晕区，正离子立即被电晕极吸收过去，负离子则因受电场力的驱使向收尘极移动。2、粉尘沉积：荷电粉尘到达收尘极后，放出负电荷并沉积。3、清灰：将粉尘集入灰斗。

电除尘的效率与气体电离和粉尘荷电率直接相关，气体电离和粉尘荷电率与除尘器荷电电场的电压直接相关，电场电压升高可以使粉尘荷电率增加，从而提高除尘效率。同时，电场电压升高到一定程度，电场会发生闪络。闪络对电源较大的损害，应尽量避免。所以，为了解决除尘效率和闪络的对立矛盾，上述两种电源的做法是类似的，即在不发生严重闪络（有限次数闪络）的前提下，尽量提高电场电压。这样既可以保证电源的寿命，又可以尽可能的提高效率。

上述方法有一个缺陷。影响粉尘颗粒物荷电效果的一个参数是粉尘比电阻，烟气中粉尘颗粒物大小种类不同，其比电阻也不同。粉尘比电阻越高，荷电所需电压越高。上述方法在不发生严重闪络的情况下，对低比电阻粉尘的吸收效果较好，中比电阻的粉尘吸收效果一般，高比电阻的粉尘吸收效果较差。所以导致除尘器的除尘效果不能更好的提升；或者为提升除尘效果导致除尘能耗大幅增加，甚至减短除尘器寿命。

另一方面，从能耗角度来说，电除尘过程中，除尘电场所消耗能量中只有很小一部分用于给粉尘荷电，而其中的绝大部分是以电子的形式从阴极板移动到了阳极板，这相当于大量的电能空耗在电场中，使得电能利用率较低。要提高除尘效果，就要增大电场电压以提高对微小粒径粉尘和高比电阻粉尘的收集；要降低损耗，就要降低电场电压，以减少空耗在电场中的能量。节能与减排成为矛盾的对立面。现有电源通常是在节能与减排之间寻求平衡，或者说在尽量满足减排的前提下，追求节能最大化。

发明内容

本发明的目的就是为了避免背景技术中的不足，提供一种电除尘用高压脉冲功率电源。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电除尘用高压脉冲功率电源，包括主回路开关、高压基波电路、脉冲功率发生器、耦合电路、检测电路、DSP控制器；

所述主回路开关与三相电源相连，其由断路器和接触器串接而成；

所述高压基波电路包括第一双向可控硅回路、第一三相工频变压器、高压硅全桥整流器，输入的三相交流电通过主回路开关，经过第一双向可控硅回路，输入三相工频变压器，得到负极性的直流高压，然后经高压硅全桥整流器滤波后输入到耦合电路；

所述脉冲功率发生器包括第二双向可控硅回路、第二三相工频变压器、三相全桥整流滤波电路、IGBT模块、脉冲变压器，输入的三相交流电经主回路开关和第二双向可控硅回路到达第二三相工频变压器初级侧，经第二三相工频变压器升压、三相全桥整流滤波电路后产生直流母线电压，通过IGBT模块动作、再经脉冲变压器升压，产生高压脉冲，经滤波后输入到耦合电路；

所述DSP控制器分别与第一双向可控硅回路、第二双向可控硅回路以及IGBT模块联接，其包括PWM信号输出、模拟信号处理、键盘、液晶显示单元、存储单元、通讯接口单元、故障检测及保护单元，实现对检测电路的模拟量采集、处理并在液晶显示器显示，智能调整双向可控硅导通角，从而调整输入电压大小，智能检测故障以及在发生故障时启动保护；

所述检测电路与DSP控制器联接，其包括基波部分的三相输入电压\输入电流检测电路、输出基波电压\电流检测电路，脉冲部分的三相输入电压\输入电流检测电路、直流母线电压检测电路、输出脉冲峰值电压检测电路、峰值电流检测电路，所有检测电路均采用光耦隔离。

对于本发明的一种优化，所述IGBT模块采用LC谐振式软开关技术，其包括吸收回路、过压保护电路 、过流保护电路。

对于本发明的一种优化，所述耦合电路采用高压耦合电容作为耦合器件。

对于本发明的一种优化，高压硅全桥整流器及三相全桥整流滤波电路均由六个高压硅堆联接构成。

本发明与背景技术相比，具有采用直流高压基波叠加高压脉冲功率的电源类型，使得所述的高压脉冲功率电源在保证低能耗的前提下，有效解决了中高比电阻粉尘的吸收问题，同时不会产生严重闪络；并且由于采用了直流高压基波叠加高压脉冲功率的形式，直流高压基波可以大幅低于其他电源的工作电压，而在高压脉冲到达瞬间，电场电位升高，粉尘荷电，高压脉冲消失后，在高压基波形成的电场作用下，荷电粉尘向阳极板移动，这样使得消耗在电场中未参与粉尘荷电的能耗大大减少，因而降低了能耗，提高了电能利用率；本发明采用串联谐振软开关技术降低了开关损耗，且具备短路保护、开路保护、过压过流保护，实时调整输入电压以保证输出稳定等功能，同时具备调频、调幅、调宽功能，具有除尘效率高、能耗性能好、安全可靠性高等特点。

附图说明

图1是电除尘用高压脉冲功率电源的原理框图。

图2是电除尘用高压脉冲功率电源的电路示意图。

图3是DSP控制器的系统结构框图。

具体实施方式

实施例1：参照图1~3。一种电除尘用高压脉冲功率电源，包括主回路开关、高压基波电路、脉冲功率发生器、耦合电路、检测电路、DSP控制器；

所述主回路开关与三相电源相连，其由断路器和接触器串接而成；

所述高压基波电路包括第一双向可控硅回路、第一三相工频变压器、高压硅全桥整流器，输入的三相交流电通过主回路开关，经过第一双向可控硅回路，输入三相工频变压器，得到负极性的直流高压，然后经高压硅全桥整流器滤波后输入到耦合电路；

所述脉冲功率发生器包括第二双向可控硅回路、第二三相工频变压器、三相全桥整流滤波电路、IGBT模块、脉冲变压器，输入的三相交流电经主回路开关和第二双向可控硅回路到达第二三相工频变压器初级侧，经第二三相工频变压器升压、三相全桥整流滤波电路后产生直流母线电压，通过IGBT模块动作、再经脉冲变压器升压，产生高压脉冲，经滤波后输入到耦合电路；

所述DSP控制器分别与第一双向可控硅回路、第二双向可控硅回路以及IGBT模块联接，其包括PWM信号输出、模拟信号处理、键盘、液晶显示单元、存储单元、通讯接口单元、故障检测及保护单元，实现对检测电路的模拟量采集、处理并在液晶显示器显示，智能调整双向可控硅导通角，从而调整输入电压大小，智能检测故障以及在发生故障时启动保护；

所述检测电路与DSP控制器联接，其包括基波部分的三相输入电压\输入电流检测电路、输出基波电压\电流检测电路，脉冲部分的三相输入电压\输入电流检测电路、直流母线电压检测电路、输出脉冲峰值电压检测电路、峰值电流检测电路，所有检测电路均采用光耦隔离。

所述IGBT模块采用LC谐振式软开关技术，其包括吸收回路、过压保护电路 、过流保护电路。所述耦合电路采用高压耦合电容作为耦合器件。高压硅全桥整流器及三相全桥整流滤波电路均由六个高压硅堆联接构成。

实施例2：参照图2。电除尘器包括除尘器本体、滤波电阻R1、输出电压检测用分压电阻R2、R3以及输出电流检测电阻R4，电源接通后，通过主回路开关的断路器和接触器，电流分A、B两部分分别流入高压基波产生器和脉冲功率发生器，A部分经过由DSP控制器控制导通角的第一双向可控硅回路，调整输入三相电压大小，然后输入第一三相工频变压器升压，通过高压硅全桥整流器，得到负极性直流高压基波；B部分经过第二双向可控硅回路调整输入三相电压大小后，经过第二三相工频变压器升压，再通过三相全桥整流滤波电路后得到直流母线电压，直流母线电压经IGBT模块产生脉冲电流输入到脉冲变压器升压的原边，经脉冲变压器升压后，得到负高压脉冲。A路得到的高压直流基波与B路得到的负高压脉冲，经过耦合电路得到基波叠加脉冲的高压电源输出到电除尘器。

实施例3：参照图3。DSP控制器以TMS320F28335为主控单元，包括键盘、液晶显示单元、存储单元、通讯接口、模拟信号处理、PWM信号输出以及故障检测及保护单元等部分。CPU输出多路PWM控制信号实现电源的稳定输出，其中IGBT驱动1路PWM控制信号、基波部分双向可控硅堆6路PWM控制信号、脉冲部分双向可控硅堆6路PWM控制信号、输出电压峰值检测电路1路PWM控制信号、输出电流峰值检测电路1路PWM控制信号。控制器可实现对三相输入电压的检测、输入电流的检测、脉冲部分直流母线电压的检测、输出电压均值检测、输出电流均值检测、输出电压脉冲峰值检测、输出电流脉冲峰值检测、以及变压器油温检测等。检测所得的输出电压、电流，经AD转换、CPU处理后对应调整送往基波双向可控硅回路的PWM信号，从而实现对输出电压基波的控制；同理，检测所得的输出峰值电压、电流，及直流母线电压，经AD转换、CPU处理后对应调整送往脉冲部分双向可控硅回路的PWM信号，从而实现对直流母线电压的控制，进而实现对输出脉冲幅值的控制。

Claims (4)

1.一种电除尘用高压脉冲功率电源，包括主回路开关、高压基波电路、脉冲功率发生器、耦合电路、检测电路、DSP控制器；

所述主回路开关与三相电源相连，其由断路器和接触器串接而成；所述高压基波电路包括第一双向可控硅回路、第一三相工频变压器、高压硅全桥整流器，输入的三相交流电通过主回路开关，经过第一双向可控硅回路，输入三相工频变压器，得到负极性的直流高压，然后经高压硅全桥整流器滤波后输入到耦合电路；

所述脉冲功率发生器包括第二双向可控硅回路、第二三相工频变压器、三相全桥整流滤波电路、IGBT模块、脉冲变压器，输入的三相交流电经主回路开关和第二双向可控硅回路到达第二三相工频变压器初级侧，经第二三相工频变压器升压、三相全桥整流滤波电路后产生直流母线电压，通过IGBT模块动作、再经脉冲变压器升压，产生高压脉冲，经滤波后输入到耦合电路；

所述DSP控制器分别与第一双向可控硅回路、第二双向可控硅回路以及IGBT模块联接，其包括PWM信号输出、模拟信号处理、键盘、液晶显示单元、存储单元、通讯接口单元、故障检测及保护单元，实现对检测电路的模拟量采集、处理并在液晶显示器显示，智能调整双向可控硅导通角，从而调整输入电压大小，智能检测故障以及在发生故障时启动保护；

所述检测电路与DSP控制器联接，其包括基波部分的三相输入电压\输入电流检测电路、输出基波电压\电流检测电路，脉冲部分的三相输入电压\输入电流检测电路、直流母线电压检测电路、输出脉冲峰值电压检测电路、峰值电流检测电路，所有检测电路均采用光耦隔离。

2.根据权利要求1所述的电除尘用高压脉冲功率电源，其特征是：所述IGBT模块采用LC谐振式软开关技术，其包括吸收回路、过压保护电路、过流保护电路。

3.根据权利要求1所述的电除尘用高压脉冲功率电源，其特征是：所述耦合电路采用高压耦合电容作为耦合器件。

4.根据权利要求1所述的电除尘用高压脉冲功率电源，其特征是：高压硅全桥整流器及三相全桥整流滤波电路均由六个高压硅堆联接构成。