CN104785373B - 一种电除尘脉冲电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电除尘脉冲电源，其技术方案要点是包括有主电源、直流电源电路、DSP嵌入式控制电路、脉冲变压器电路，主电源通过直流电源电路后输出基础直流电压，基础直流电压用于产生电除尘电场的基本电场力，脉冲变压器电路产生用于电除尘电场的高压脉冲信号，高压脉冲信号与基本电场力叠加产生负高压电压信号并作用于电除尘电场中，通过基础直流电压上叠加高压脉冲对电除尘电场供电的方式，改变了原有电源恒定供电的模式，为电除尘电场提供了基础的电场力及用于粉尘荷电的高能脉冲，提高了电除尘器细微粉尘的捕集能力，提高了电除尘电场的闪络点，解决了高比电阻粉尘的反电晕问题，有效地增加了电除尘器的除尘效率，降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种除尘系统，更具体的说，它涉及一种电除尘脉冲电源。
背景技术
随着现代工业的发展，环境问题参照空气污染、水污染、噪音污染等越来越被人们所重视，当中尤其是空气污染问题为重。而工业生产中的粉尘和烟雾是引起空气污染的罪魁祸首，为了减少其排放，必须采取各种除尘措施加以控制。
常用的工业除尘设备为静电除尘器。静电除尘器由除尘本体和高压源组成，而高压电源是整个静电除尘器中的重点和核心。高压电源为除尘器电场提供高压负电，电场中的气体在高压负电的作用下发生电离，产生的负电离使粉尘荷电，粉尘被电极吸附后，通过振打使其落入灰斗中。
衡量粉尘导电性能好坏的参数称为粉尘的比电阻，比电阻是影响除尘性能的一个及其重要的参数。对于中低比电阻的粉尘，通过提升二次电流密度来提升电晕电流可提高除尘效果，但功耗增加大，使得较大部分电流浪费在电场中；对于中高比电阻的粉尘，在直流电源中，通过增加二次输出功率提高荷电效果，但容易引起反电晕使除尘效率降低。
目前，在工业中应用最广泛的静电除尘器电源是工频电源。但是工频电源存在很多缺陷：电源效率低、除尘效率低、发生火花放电、体积大、造价高等。通过实验可知，在直流电源中，通过间歇或充电比供电（脉冲供电）可避免反电晕，但平均电压大幅降低，峰值电压没改变，提高除尘效率有限。
随着国家对环境保护要求的提高，静电除尘器工频电源越来越难满足新的环保标准，而要完全替换原先的电除尘器工频电源会造成大量的人力、物力地浪费。因此，参照何利用起原先的电除尘电源，并研制出使电除尘器除尘效率更高的除尘电源势在必行。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够提高电除尘器的除尘效率、且降低能耗的电除尘脉冲电源。
为实现上述目的，本发明提供了参照下技术方案：一种电除尘脉冲电源，包括有主电源、直流电源电路、DSP嵌入式控制电路、脉冲变压器电路、隔离开关、散热系统，所述主电源通过直流电源电路后输出基础直流电压，所述基础直流电压用于产生电除尘电场的基本电场力，所述脉冲变压器电路产生用于电除尘电场的高压脉冲信号，所述高压脉冲信号与基本电场力叠加产生负高压电压信号并作用于电除尘电场中，所述DSP嵌入式控制电路分别输出控制直流电源电路和脉冲变压器电路的控制信号，所述隔离开关同时耦接于直流电源电路和脉冲变压器电路上，所述隔离开关为两刀四联隔离开关用于控制电除尘电场产生四种电场力工作状态，所述散热系统用于所有电路电路的散热处理。
通过采用上述技术方案，通过在基础直流电压上叠加高压脉冲信号，并将叠加后的电源提供给电除尘电场。这样的供电方式改变了原有电源恒定供电的模式，为电除尘电场提供了基础的电场力及用于粉尘荷电的高能脉冲，提高了电除尘器细微粉尘的捕集能力，提高了电除尘电场的闪络点，解决了高比电阻粉尘的反电晕问题，有效地增加了电除尘器的除尘效率，降低了能耗。同时，采用原有电源的利旧方案，有效减少了资源浪费，降低了施工改造的难度，大大节约了成本。
本发明进一步设置为：所述直流电源电路包括有直流电源晶闸管驱动电路，所述脉冲变压器电路包括有脉冲电源晶闸管驱动电路、IGBT驱动电路，所述DSP嵌入式控制电路包括有DSP控制核心单元，
所述直流电源晶闸管驱动电路包括有光纤接口，所述DSP控制核心单元通过光纤接口控制电除尘器上的直流晶闸管直流电源，将主电源转变为电除尘器供电的基础直流电源，并输出基础直流电压，为电除尘电场提供基本电场力，
所述IGBT驱动电路输出脉宽频率控制信号控制脉冲电源晶闸管驱动电路输出高压脉冲信号，所述DSP控制核心单元与IGBT驱动电路连接，通过输出调制后的脉宽和频率信号到IGBT驱动电路中，使所述IGBT驱动电路输出相应的用于控制脉冲电源晶闸管驱动电路的脉宽频率控制信号，使脉冲电源晶闸管驱动电路的脉冲频率在0-100Hz连续可调。
本发明进一步设置为：所述两刀四联隔离开关，一个触头接地、一个触头接收基础直流电压、一个触头接收高压脉冲信号，最后一个触头连接电除尘电场，所述两刀四联隔离开关通过手动控制能够使得电除尘电场产生接地、单独基础直流电压、单独高压脉冲信号、以及基础直流电压和高压脉冲信号叠加四种工作状态。
本发明进一步设置为：所述直流电源电路还包括有脉冲配电、三相整流变压器、滤波电容和滤波电感，所述脉冲配电输出三相交流电源，经过三相整流变压器、滤波电容、以及滤波电感后，能够输出0-2500V直流电压。
本发明进一步设置为：所述脉冲变压器电路还包括有脉冲变压器，所述脉冲变压器的一次测绕组依次串联有储能电容和IGBT开关，所述IGBT开关上反并联有二极管，所述脉冲变压器的二次侧绕组串联耦合电容后与隔离开关连接。
本发明进一步设置为：所述DSP嵌入式控制电路还包括有光电隔离电路，所述DSP控制核心单元通过光电隔离电路分别与直流电源电路和脉冲变压器电路连接。
本发明具有下述优点：通过基础直流电压与高压脉冲信号的叠加，能大幅提高脉冲能量，使荷电时间从毫秒级提升到微秒级，且这种供电方式改变了原有电源恒定供电的模式，为电除尘电场提供了基础的电场力及用于粉尘荷电的高能脉冲，提高了电除尘器细微粉尘的捕集能力，提高了电除尘电场的闪络点，解决了高比电阻粉尘的反电晕问题，有效地增加了电除尘器的除尘效率，降低了能耗。
采用原有电源的利旧方案，使得原先的电除尘直流电源物尽其用，没有造成资源浪费。该电除尘脉冲电源，安装方便，特别适用于继续利用原整流变又要增减排的场合，或减排改造工时紧的场合。可以在不改变除尘器本体及增加电场的情况下显著提高电除尘设备的除尘效率。
附图说明
图1为本发明一种电除尘脉冲电源的电路结构框图；
图2为本发明一种电除尘脉冲电源的电源原理图；
图3为本发明一种电除尘脉冲电源的电场接地工作状态图；
图4为本发明一种电除尘脉冲电源的电场接基础直流电源工作状态图；
图5为本发明一种电除尘脉冲电源的电场接高压脉冲信号工作状态图；
图6为本发明一种电除尘脉冲电源的电场接负高压电压工作状态图；
图7为本发明一种电除尘脉冲电源的叠加后的负高压电压波形。
图中：1、直流电源电路；2、DSP嵌入式控制电路；3、脉冲变压器电路；4、隔离开关；5、散热系统。
具体实施方式
参照图1至7所示，本实施例的一种电除尘脉冲电源，包括有主电源、直流电源电路1、DSP嵌入式控制电路2、脉冲变压器电路3、隔离开关4、散热系统5，所述主电源通过直流电源电路1后输出基础直流电压，所述基础直流电压用于产生电除尘电场的基本电场力，所述脉冲变压器电路3产生用于电除尘电场的高压脉冲信号，所述高压脉冲信号与基本电场力叠加产生负高压电压信号并作用于电除尘电场中。
所述DSP嵌入式控制电路2分别输出控制直流电源电路1和脉冲变压器电路3的控制信号，所述隔离开关4同时耦接于直流电源电路1和脉冲变压器电路3上，所述隔离开关4为两刀四联隔离开关4用于控制电除尘电场产生四种电场力工作状态，所述散热系统5用于所有电路电路的散热处理。
所述直流电源电路1包括有直流电源晶闸管驱动电路，所述脉冲变压器电路3包括有脉冲电源晶闸管驱动电路、IGBT驱动电路，所述DSP嵌入式控制电路2包括有DSP控制核心单元，
所述直流电源晶闸管驱动电路包括有光纤接口，所述DSP控制核心单元通过光纤接口控制电除尘器上的直流晶闸管直流电源，将主电源转变为电除尘器供电的基础直流电源，并输出基础直流电压，为电除尘电场提供基本电场力，
所述IGBT驱动电路输出脉宽频率控制信号控制脉冲电源晶闸管驱动电路输出高压脉冲信号，所述DSP控制核心单元与IGBT驱动电路连接，通过输出调制后的脉宽和频率信号到IGBT驱动电路中，使所述IGBT驱动电路输出相应的用于控制脉冲电源晶闸管驱动电路的脉宽频率控制信号，使脉冲电源晶闸管驱动电路的脉冲频率在0-100Hz连续可调。
所述两刀四联隔离开关4，一个触头接地、一个触头接收基础直流电压、一个触头接收高压脉冲信号，最后一个触头连接电除尘电场，所述两刀四联隔离开关4通过手动控制能够使得电除尘电场产生接地、单独基础直流电压、单独高压脉冲信号、以及基础直流电压和高压脉冲信号叠加四种工作状态。
所述直流电源电路1还包括有脉冲配电、三相整流变压器、滤波电容和滤波电感，所述脉冲配电输出三相交流电源，经过三相整流变压器、滤波电容、以及滤波电感后，能够输出0-2500V直流电压。
所述脉冲变压器电路3还包括有脉冲变压器，所述脉冲变压器的一次测绕组依次串联有储能电容和IGBT开关，所述IGBT开关上反并联有二极管，所述脉冲变压器的二次侧绕组串联耦合电容后与隔离开关4连接。
所述DSP嵌入式控制电路2还包括有光电隔离电路，所述DSP控制核心单元通过光电隔离电路分别与直流电源电路1和脉冲变压器电路3连接。
参照图2所示，所述电除尘脉冲电源由两个电源为除尘电场提供电源。第一个电源，以下称为直流电源1，是原先电除尘器中的直流电源，属于利旧装置，为电路提供基础直流电源。第二个电源，以下称为脉冲电源3，为电路提供高压脉冲。
直流电源通过耦合电感连接在隔离开关4上，属于原电除尘器的供电装置，脉冲电源通过光纤接口控制直流电源的直流晶闸管直流电源，将原直流电源转变成为电除尘器供电的基础直流电源，输出基础直流电压，提供给电除尘电场基本的电场力。
参照图2所示的脉冲变压器电路3，脉冲变压器T一次绕组通过储能电容C1并联一个IGBT开关Q及反并联二极管D，二次侧绕组串联耦合电容C2与电除尘器电场连接，耦合电容C2能防止脉冲变压器T与高压直流电源的短路。
进一步的，脉冲变压器一次绕组与直流电源电路1连接，二次绕组通过一个隔离开关4与直流电源连接，参照图所示，通过隔离开关4状态切换，高压脉冲与基础直流电压叠加提供给电除尘电场。
所述直流电源电路1，包括脉冲配电、三相整流变压器、滤波电容和滤波电感，脉冲配电输出三相交流电，经过可控硅调压、三相整流变压器、三相全桥整流，经过滤波电容及滤波电感，输出0-2500V直流电。
脉冲产生之前，此时IGBT开关Q断开，直流电源电路1为储能电容充电至+Upulse；耦合电容由直流电源为其充电至-Udc。储能电容、耦合电容、脉冲变压器的漏感及电场电容共同形成了一个串联谐振电路。IGBT导通，谐振电路闭合，正弦波电流的正半周期通过IGBT，当电流过零点时，控制器控制IGBT关断，电流负半周期经二极管D通过，回馈能量给储能电容C1反充电。一个振荡周期完成，形成一个低压脉冲。该低压脉冲经过脉冲变压器升压，形成高压脉冲。高压脉冲通过耦合电容叠加在直流电源产生的直流电压上，叠加后的波形供给除尘器电场。
所述电除尘脉冲电源还包括有两刀四联的隔离开关4，通过开关切换改变电除尘器工作状态，参照图3所示，触点接地；触点带闸刀与直流电源连接；触点与电除尘器电场相连接；触点带闸刀与脉冲电源连接。当两把闸刀、都打在触点上，电除尘器处于接地状态，当闸刀打在触点上，闸刀打在触点上，脉冲电源为电除尘器提供电压，参照图4所示；当闸刀打在触点上，闸刀打在触点上，直流电源单独为电除尘器提供电压，参照图5所示；当两把闸刀、都打在触点上，脉冲电源输出高压脉冲叠加在直流电源输出的直流电压上，并将叠加后的电源提供给电除尘电场，参照图6所示。
参照图1所示，DSP嵌入式控制电路2包括主电源、直流电源晶闸管驱动电路、脉冲电源晶闸管驱动电路、IGBT驱动电路、光电隔离电路、DSP控制核心单元。主电源为其他功能电路供电。硬件系统外围接口电路与DSP核心控制单元的连接全部采用光电隔离方案。DSP核心控制单元通过调整PWM 脉宽调制信号，将其转换成模拟量输入直流电源晶闸管驱动电路，直流电源晶闸管驱动电路通过光纤接口控制直流电源晶闸管驱动电路触发脉冲输出，调节晶闸管导通角，从而改变直流电源输出基础直流电压的大小；DSP控制核心单元调整PWM脉宽调制信号，将其转换成模拟量输入脉冲电源晶闸管驱动电路，控制脉冲电源晶闸管驱动电路触发脉冲输出，调节晶闸管导通角，从而改变脉冲电压幅值；控制器通过调节给IGBT的脉宽调制PWM波形的脉宽、频率来控制输出脉冲的脉宽和频率，使脉冲电源的脉冲频率为0-100Hz，连续可调。通过通讯电路完成脉冲功率电源与上位机和触摸屏手操器的通讯；通过异常处理电路和模拟量采集电路监控电源进行异常和故障处理，具备短路保护、开路保护、过压过流保护，实时调整输入脉冲母线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。
图7为该脉冲电源提供给电除尘电场的电压（UESP）波形。当脉冲电源的隔离开关4工作在叠加模式，直流电源为电除尘器电场提供一个负直流电压，脉冲电源提供一个高压脉冲，两电压经过耦合电感和耦合电容叠加，形成负高压电UESP，供给电除尘器电场使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种电除尘脉冲电源，其特征在于：包括有主电源、直流电源电路、DSP嵌入式控制电路、脉冲变压器电路、隔离开关、散热系统，所述主电源通过直流电源电路后输出基础直流电压，所述基础直流电压用于生产电除尘电场的基本电场力，所述脉冲变压器电路产生用于电除尘电场的高压脉冲信号，所述高压脉冲信号与基本电场力叠加产生负高压电压信号并作用于电除尘电场中，所述DSP嵌入式控制电路分别输出控制直流电源电路和脉冲变压器电路的控制信号，所述隔离开关同时耦接于直流电源电路和脉冲变压器电路上，所述隔离开关为两刀四联隔离开关用于控制电除尘电场生产四种电场力工作状态，所述散热系统用于所有电路的散热处理；
所述直流电源电路包括有直流电源晶闸管驱动电路，所述脉冲变压器电路包括有脉冲电源晶闸管驱动电路、IGBT驱动电路，所述DSP嵌入式控制电路包括有DSP控制核心单元，
所述直流电源晶闸管驱动电路包括有光纤接口，所述DSP控制核心单元通过光纤接口控制电除尘器上的直流晶闸管直流电源，将主电源转变为电除尘供电的基础直流电源，并输出基础直流电压，为电除尘电场提供基本电场力，
所述IGBT驱动电路输出脉宽频率控制信号控制脉冲电源晶闸管驱动电路输出高压脉冲信号，所述DSP控制核心单元与IGBT驱动电路连接，通过输出调制后的脉宽和频率信号到IGBT驱动电路中，使所述IGBT驱动电路输出相应的用于控制脉冲电源晶闸管驱动电路的脉宽频率控制信号，使脉冲电源晶闸管驱动电路的脉冲频率在0—100Hz连续可调；
所述两刀四联隔离开关，一个触头接地、一个触头接收基础直流电压、一个触头接收高压脉冲信号，最后一个触头连接电除尘电场，所述两刀四联隔离开关通过手动控制能够使得电除尘电场产生接地、单独基础直流电压、单独高压脉冲信号、以及基础直流电压和高压脉冲信号叠加四种工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种电除尘脉冲电源，其特征在于：所述直流电源电路还包括有脉冲配电、三相整流变压器、滤波电容和滤波电感，所述脉冲配电输出三相交流电源，经过三相整流变压器、滤波电容、以及滤波电感后，能够输出0—2500V直流电压。
3.根据权利要求1所述的一种电除尘脉冲电源，其特征在于：所述脉冲变压器电路还包括有脉冲变压器，所述脉冲变压器的一次侧绕组依次串联有储能电容和IGBT开关，所述IGBT开关上反并联有二极管，所述脉冲变压器的二次侧绕组串联耦合电容后与隔离开关连接。
4.根据权利要求1所述的一种电除尘脉冲电源，其特征在于：所述DSP嵌入式控制电路还包括有光电隔离电路，所述DSP控制核心单元通过光电隔离电路分别与直流电源电路和脉冲变压器电路连接。
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Denomination of invention: A pulse power supply for electrostatic precipitator Effective date of registration: 20201231 Granted publication date: 20170620 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Jinhua branch Pledgor: ZHEJIANG DOWAY ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330001357 |
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