CN104454288A - 稳频高能电子点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种稳频高能电子点火装置，旨在提供一种能够在电源电压、环境温度变化较大，火花频率依然有较高稳定性的电子点火装置。本发明通过下述技术方案予以实现：逆变电路(1)把低压直流电逆变转换成的高压脉冲电能送入整流储能电路(2)中，通过放电控制电路(6)将产生放电激励信号到放电电路(3)，放电电路把储能电容器中贮存能量电能传输到二次升压电路(4)，把输出电压上升到点火电嘴(7)，在点火电嘴发火端形成电火花；工作过程中，逆变控制电路(5)接收逆变电路及放电电路的反馈信号，将逆变控制信号输入到逆变电路，控制逆变电路的逆变频率。本发明解决了现有技火花频率易受电源电压及环境变化，输出功率变化不定的问题。

Description

稳频高能电子点火装置
技术领域
本发明涉及一种具有(500～700)mJ火花能量，燃气涡轮机用电子式稳频高能点火装置。
背景技术
目前常见的燃气涡轮机高能点火装置，一般由逆变电路、整流电路、储能电路及放电开关器件组成。中国专利ZL95225655.X公布了一种《高能点火装置》，该装置包括电源、变压器、整流电路、贮能电路、脉冲触发装置、放电管及火花塞，电源经变压器升压、整流后向储能电容器充电，当储能电容器上电压达到放电管的击穿电压时，放电管击穿导通，储能电容器上的电压施加到触发装置，产生高压脉冲击穿放电管和火花塞，储能电容通过放电管向火花塞放电，形成电火花。该点火装置由触发装置接收储能电容器上的电压，适时产生高压脉冲，不受放电管工作时放电电压一致性差的影响，静态条件下的火花频率稳定性有所提高，由于点火装置的使用环境需要跟随应用条件而发生变化，是一个动态的过程，在环境温度变化较大的条件下,输入功率和输出功率会随电源电压和环境温度的变化而变化，因此其火花频率依然不稳定，尤其是电源电压、环境温度发生较大变化时，点火装置的火花频率变化较大,不能保证燃机在规定任务剖面内的起动点火成功率，进而延误或影响燃机任务的完成。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有方法存在的不足之处，提供一种能够在电源电压、环境温度变化较大的条件下，火花频率依然有较高稳定性的高能电子点火装置。以解决传统高能点火装置使用过程中存在的火花频率易受电源电压及环境条件影响而变化，输出功率变化不定的问题。
本发明的目的是这样实现的：一种稳频高能电子点火装置，包括逆变电路1、整流储能电路2、放电电路3、二次升压电路4、逆变控制电路5和放电控制电路6，其特征在于，逆变电路1对低压直流电进行逆变，把逆变转换成的高压脉冲电能送入整流储能电路2，将电能贮存在储能电容器中，放电控制电路6根据整流储能电路2上的储能情况，产生放电激励信号到放电电路3，控制放电电路3的工作状态，放电电路3则把储能电容器中贮存的能量电能传输到二次升压电路4，二次升压电路4把输出电压上升到点火电嘴7正常工作所需要的电压，导通点火电嘴7，并在其发火端形成电火花；工作过程中，逆变控制电路5接收逆变电路1及放电电路3的反馈信号，将逆变控制信号输入到逆变电路1，控制逆变电路1的逆变频率。
本发明采用逆变电路及逆变控制电路代替变压器，可以对(10～30)V的低压直流电进行逆变，通过控制逆变控制电路的逆变频率，进而控制了逆变电路的转换功率，从而稳定点火装置的火花频率，提高了点火能量稳定性,改善了低压冷起动性能。同时，由于采用了逆变控制电路，使得逆变电路工作在开关状态，逆变频率及逆变控制信号的电压、电流受环境温度较小，不易像传统点火装置那样，工作于模拟状态，易受环境温度变化而影响到电阻的阻抗，从而改变点火装置的功率大小，最终降低了火花频率的稳定性。逆变控制电路内含有PWM芯片。
由于本发明采用了逆变电路和逆变控制电路，使其工作于开关状态，其输入功率和输出功率基本不随电源电压和环境温度的变化而变化，可以保证高能点火装置最重要的两个参数——火花能量、火花频率，在外界条件变化的时候基本保证稳定，可以有效地提高高能点火装置及应用燃机的适应性，显著地拓展高能点火装置的应用范围，尤其是电源电压、环境温度可能发生较大变化的时候。
本发明的电路构成均为电子元器件，无机械开关或电真空器件，可显著降低电磁辐射，减小对其它现场电子设备的电磁干扰。
附图说明
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
图1是本发明电子式稳频高能点火装置的原理框图。
图2是图1的电路原理图。
图中：1逆变电路，2整流储能电路，3放电电路，4二次升压电路，5逆变控制电路，6放电控制电路。
具体实施方式
图1所描述的稳频高能电子点火装置由逆变电路1、整流储能电路2、放电电路3、二次升压电路4、逆变控制电路5、放电控制电路6组成。逆变电路1对(10～30)V的低压直流电进行逆变，转换成高压脉冲电。其中，逆变电路1对低压直流电进行逆变，把逆变转换成的高压脉冲电能送入整流储能电路2，将电能贮存在储能电容器中，放电控制电路6根据整流储能电路2上的储能情况，产生放电激励信号到放电电路3，控制放电电路3的工作状态，放电电路3则把储能电容器中贮存的能量电能传输到二次升压电路4，二次升压电路4把输出电压上升到点火电嘴7正常工作所需要的电压，导通点火电嘴7，并在其发火端形成电火花；工作过程中，逆变控制电路5接收逆变电路1及放电电路3的反馈信号，将逆变控制信号输入到逆变电路1，控制逆变电路1的逆变频率。逆变电路1所含的MOS管作为逆变开关器件。逆变控制电路5采用PWM芯片，通过对振荡频率的调整、对逆变电流的设定、对放电反馈电压的比较，来稳定高能点火装置的火花频率。
电源加载后，逆变控制电路5控制逆变电路1，将低压直流电转换成高压脉冲电，经整流储能电路2后将电能贮存在储能电容器中，当储能电容器中的电能达到设计规定的值时，放电控制电路6输出放电控制信号到放电电路3，放电电路3导通，将整流储能电路与二次升压电路4的原边接通，二次升压电路4把输出电压上升到点火电嘴7正常工作所需要的电压，使点火电嘴7击穿放电，形成放电通路，在点火电嘴7发火端形成电火花。在整个形成电火花过程中，逆变控制电路5形成振荡信号，接收逆变电路1及放电电路3的反馈信号，输出逆变控制信号到逆变电路1，控制逆变电路1的工作状态，而放电控制电路6则根据整流储能电路2上的储能情况，产生放电激励信号到放电电路3，控制放电电路3的工作状态。
参阅图2。逆变控制电路5采用电源管理芯片PWM。逆变电路1所含的MOS管作为逆变开关器件，源极S接开关变压器T1的原边，漏极D接电流采样电阻R2，开关变压器T1的副边的同名端接整流储能电路2中的储能电容器C2，非同名端接整流二极管D2，储能电容器C2与整流二极管D2电连接在一起。放电控制电路6包括与电容器C2相并联的电阻R3和电容C3、电阻R4和电阻R5、电连接在串联电阻R4和电阻R5之间接点上的双向晶闸管Q2、电连接在串联电阻R3和电容C3之间接点上的可控硅Q3和电连接在双向晶闸管Q2与可控硅Q3之间的电阻R6。其中，电阻R3、电容C3完成对可控硅Q4所需激励放电信号能量的积累，电阻R4、R5完成对电容C2储能电压的取样，双向晶闸管Q2通过电阻R6产生放电激励信号，可控硅Q3放大驱动变压器T2的激励信号的。
放电电路3包括通过整流二极管D2串联在变压器T1与变压器T2之间的可控硅Q4，可控硅Q4的控制级G接收来自放电控制电路6中变压器T2的开关信号，阳极A相连整流储能电路，阴极K连接二次升压电路4中的变压器T3。
二次升压电路4包括串联在可控硅Q4与负载之间的变压器T3，及串接在变压器T3与地之间的电容C4，变压器T3原边一边电连接可控硅Q4，另一边通过电容C4接地，变压器T3副边一边接可控硅Q4，一边接负载，变压器T3的原边与副边同时通过与可控硅Q4相连，构成自耦升压电路。作为负载的电嘴并联在变压器T3副边与地之间。
逆变控制电路5包括并联在变压器T1初级与放电反馈取样电路之间的脉冲宽度调制芯片U1和电阻R2，放电反馈取样电路由通过变压器T2并联在脉冲宽度调制芯片U1输出端与地之间的并联电阻R1、电容C1和二极管D1组成。U1通过接收取样电阻R2上的电压及放电反馈取样电路电压，将反馈信号转换成逆变控制信号，把逆变控制信号传输到逆变电路1，通过控制逆变电路1的MOS管Q1栅极上的电压，来控制MOS管Q1的通断，完成对MOS管Q1开关频率的调整和对变压器T1、MOS管Q1逆变电流的设定，来稳定高能点火装置的火花频率。
电源E加载到由脉冲宽度调制芯片U1构成的逆变控制电路5后，输出振荡信号到逆变开关管Q1，当振荡信号为正时，Q1导通，则变压器T1励磁储能，当振荡信号为负时，Q1关断，则变压器T1通过电磁感应将磁能转换为电能，通过T1副边串联的整流二极管D2后贮存到与T2串联的储能电容器C2中；当储能电容器C2中的电压达到设计值时，放电控制电路6中的双向晶闸管Q2开关导通，把电压信号传输到可控硅Q3的控制极，使Q3导通，通过变压器T2感应出触发信号给放电电路3中可控硅Q4的控制极，使Q4导通，进而将储能电容器C2上的电压传输到二次升压电路4中变压器T4的原边与电容C4，形成电磁振荡，在二次升压电路4的副边感应出高压击穿点火电嘴7，形成放电通路，在点火电嘴7发火端形成电火花。在变压器T2工作时，还将在另一组副边上感应出信号，并输送到逆变控制电路5，用以调节和控制高能点火装置的火花频率。

Claims (10)

1.一种稳频高能电子点火装置，包括逆变电路(1)、整流储能电路(2)、放电电路(3)、二次升压电路(4)、逆变控制电路(5)和放电控制电路(6)，其特征在于，逆变电路(1)对低压直流电进行逆变，把逆变转换成的高压脉冲电能送入整流储能电路(2)，将电能贮存在储能电容器中，放电控制电路(6)根据整流储能电路(2)上的储能情况，产生放电激励信号到放电电路(3)，控制放电电路(3)的工作状态，放电电路(3)则把储能电容器中贮存的能量电能传输到二次升压电路(4)，二次升压电路(4)把输出电压上升到点火电嘴(7)正常工作所需要的电压，导通点火电嘴(7)，并在其发火端形成电火花；工作过程中，逆变控制电路(5)接收逆变电路(1)及放电电路(3)的反馈信号，将逆变控制信号输入到逆变电路(1)，控制逆变电路(1)的逆变频率。
2.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于:逆变电路(1)对10V～30V的低压直流电进行逆变，转换成高压脉冲电。
3.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：逆变电路(1)所含的MOS管作为逆变开关器件，逆变控制电路(5)采用PWM芯片，通过对振荡频率的调整、对逆变电流的设定、对放电反馈电压的比较，来稳定高能点火装置的火花频率。
4.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：电源加载后，逆变控制电路(5)控制逆变电路(1)，将低压直流电转换成高压脉冲电，经整流储能电路(2)后将电能贮存在储能电容器中。
5.如权利要求4所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：当储能电容器中的电能达到设计规定的值时，放电控制电路(6)输出放电控制信号到放电电路(3)，放电电路(3)导通，将整流储能电路与二次升压电路(4)的原边接通，二次升压电路(4)把输出电压上升到点火电嘴(7)正常工作所需要的电压，使点火电嘴(7)击穿放电，形成放电通路，在点火电嘴(7)发火端形成电火花。
6.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：在整个形成电火花过程中，逆变控制电路(5)形成振荡信号，接收逆变电路(1)及放电电路(3)的反馈信号，输出逆变控制信号到逆变电路(1)，控制逆变电路(1)的工作状态，而放电控制电路(6)则根据整流储能电路(2)上的储能情况，产生放电激励信号到放电电路(3)，控制放电电路(3)的工作状态。
7.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：逆变电路(1)所含的MOS管作为逆变开关器件，源极S接开关变压器T1的原边，漏极D连接电流采样电阻R2，开关变压器T1的副边的同名端接整流储能电路(2)中的储能电容器C2，非同名端接整流二极管D2，储能电容器C2与整流二极管D2电连接在一起。
8.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：放电控制电路(6)包括与电容器C2相并联的电阻R3和电容C3、电阻R4和电阻R5、电连接在串联电阻R4和电阻R5之间接点上的双向晶闸管Q2、电连接在串联电阻R3和电容C3之间接点上的可控硅Q3和电连接在双向晶闸管Q2与可控硅Q3之间的电阻R6。
9.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：放电电路(3)包括通过整流二极管D2串联在变压器T1与变压器T2之间的可控硅Q4，可控硅Q4的控制级G接收来自放电控制电路(6)中变压器T2的开关信号，阳极A相连整流储能电路，阴极K连接二次升压电路(4)中的变压器T3。
10.如权利要求1所述的稳频高能电子点火装置，其特征在于：二次升压电路(4)包括串联在可控硅Q4与负载之间的变压器T3，及串接在变压器T3与地之间的电容C4，变压器T3原边一边电连接可控硅Q4,另一边通过电容C4接地，变压器T3副边一边接可控硅Q4，一边接负载，变压器T3的原边与副边同时通过与可控硅Q4相连，构成自耦升压电路。
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