CN1058087A - 直流电弧点火枪的电源 - Google Patents

Abstract

用于直流电弧点火枪的直流电源(1)包括：一个 可控开关(2)及一个电感(3)，在工作时它们在电路中 与直流电源及一电弧点火枪(6)相串联连接；一个续 流二极管(9)，在工作中当开关(2)导通时被反向偏 置，而在开关(2)关断时正向偏置，以维持流经电弧及 电感的电流；一个开关驱动器(10)，用以使开关周期 性地导通与关断，一个具有电流传感器(12)的反馈电 路(11)，该传感器与该电路相连接并与开关驱动器 (10)相连接，用以根据流经电弧的电流控制开关的导 通比。

Description

本发明涉及一种直流电弧点火枪的电源，直流电弧点火枪使用放电电弧加热工作气体，并产生出等离子体，然后等离子体穿过包括点火枪空心阳极的喷嘴。该等离子体可用来点燃可燃烧的燃料，例如发电用的蒸气蒸发式锅炉中的粉化煤。该等离子体也可在点火以前加热燃烧室，并保证燃料的稳定燃烧。

这样一种电弧点火枪可能需要的电压范围为0至1000伏，电流范围为100至300安，也即电功率的范围为0至300KW。

在直流电弧点火枪中产生放电电弧时产生的特殊问题之一是：电弧具有大的阳极至阴极的电压降以及大的电压波动幅度。通常，电弧具有反向电压-电流关系，并当电流上升时，电弧上的电压降下降。其结果是，对于电源必须用限制电弧电流来对电压的下降作出响应。

一种公知的电源是在交流供电干线每一相中使用一个晶闸管或一个可控硅整流器（SCR）。至少在任何给定时刻有两个晶闸管处于导通，并将电流传输到一个电感，该电感储存能量并将输出平波。这些晶闸管依次地被导通，并借助一个预计值控制电路控制平均电流，该控制电路用以预示以下周期所需的电流。晶闸管在下一电流过零点到来时关断。

这种电源具有多种缺点。首先，仅当晶闸管被触发导通的时刻才施加控制。这意味着电流控制有三分之一供电周期的平均时延（当在三相电源的每相中使用一个晶闸时）。这就引起了：电流具有一个能被控制的最大变化率。其结果是电感必须足够的大，才能限制在大变化率时电流的波动。这是很重要的，因为电流过零才熄灭电弧，大的电流峰值会导致电极的损坏。这样就大大增加了电源的成本。

其第二个缺点是基于以下的事实：开关的控制是预测性的，是由计算的估计产生的，而非由在任何给定时刻的真实电流客观地确定出来的。

根据本发明，提供了一种用于直流电弧点火枪的直流电源，它包括：

一个可控开关及一个电感，在工作时，它们在电路中与直流电源及一个电弧点火枪串联连接;

一个续流二极管，在工作中当开关导通时被反向偏置，而在开关关断时正向偏置，以维持该经电弧及电感的电流;

一个开关驱动器，用以使开关周期性地导通与关断;及

具有一个电流传感器的反馈电路，该电流传感器与该电路相连接并与开关驱动器相连接，用以根据流过电弧的电流控制开关的导通比。

该电路使用直流电输入并控制它，以提供所需的电弧电流。

其优点在于：所产生的电流与电弧电压波形无关，而电流是由实时工作的反馈电路决定的，而非是一种预计值控制器。这就使得控制更加精确及灵敏。此外利用使开关工作在此由50赫兹电源所能获取的频率更高的频率上，故使来自于一给定的传统供电电源的电流波动得以下降。如果使用较高的工作频率，也就能获得电感尺寸的减小。

使用整流的直流电的另一优点在于：甚至在供给大电流时仍可以维持电压的幅值，于是多个点火枪可以使用一个直流电源。如果使用了应用本发明的多个直流电源，可以利用控制它们相对的开关时间，例如使用微处理机进行控制，使返回到电源的谐波下降到最小。

在一个实施例中，开关驱动器包括一个单稳多谐振荡器，该单稳多谐振荡器由一个时钟信号发生器供给信号，开关在该时钟信号的每个周期中导通及关断。反馈电路设计成：如果流过电弧的电流幅值增加时，就减小单稳的导通比。

电流传感器最好选用霍耳效应器件，它比电感式传感器的优点在于：它能提供既包含电流中交流成份又包含电流中直流成份的信号。

以下将仅以例子的方式描述本发明，并参照以下的附图：

图1：实施本发明的电弧点火枪供电电源电路慨图;

图2：根据本发明实施例的一个开关驱动器及反馈电路慨图。

现在参照图1，电源1包括一个开关2及一个带空气隙的电抗器（电感）3，它们串联于直流电源的正端4与电弧点火枪6的阳极之间。电弧点火枪6的阴极7与电源的负端8相连接。续流二极管9连接在开关2与电感3的结点与电源负端8之间。开关驱动电路10使开关导通与关断，包括与流经电感3及电弧点火枪6的电流相连系的霍耳效应电流传感器件12的反馈电路11用于控制由开关驱动器10提供的信号。

直流电源由三相交流供电干线经过传统的整流与平波形成。

开关2导通与关断的功能是将直流电源输出的平均值调低。当开关2导通时，电流从电源出发流经电感3及电弧点火枪6。当开关2关断时，电流继续流过电感3及电弧点火枪6，但是被吸收流经续流二极管9。事实上，在开关2导通时储存在电感3中的能量用于在开关2关断时维持电流流经电弧。在电感中储存的能量将逐渐地消耗在由电弧、电感上的电阻及续流二极管的正向电阻组成的全部电阻上，其中以电弧电阻为主。

在第一个实施例中，开关2包括一系列并联连接的大功率MOS场效应管。已经证实，当并联连接具有20%的电流下降损失时工作良好。这些MOS场效应管与多个续流二极管在一起可以采用水冷或是风冷结构的低电感导体连接形式。

现在参照图2，较详细的对该实施例中开关驱动电路10与反馈电路11加以描述。开关驱动电路10包括一对以推挽式关系连接的晶体三极管13，它们用其公共基极与单稳态多谐振荡器14连接。单稳态多谐振荡器14由时钟信号发生器15供给例如2KHz的信号，单稳的导通时间由一电位器16控制，该电位器的值选择得在50%至95%导通比范围中关断单稳。

反馈电路11包括一个比较器17，它接收来自于电位器18的第一输入及在其反相端接收来用电流传感器12的第二输入。电流传感器12输出的电压波形与通过该传感器体的导体上携带的电流相对应。该电压波形带有电流的直流及交流成分。

比较器17在电流传感器12产生的波形超过电位器18上整定电压时就产生出一个输出，用以禁止单稳14。这就引起使驱动晶体管13打开开关2。开关2，保持打开直到下一周期开始。如果电弧电阻增加，由传感器12产生的信号将以较长时间才达到参照电压值，并且导通比也就加大了，以使得开关2保持闭合较长的时间。驱动电路导通比的变化可以考虑成通过开关2平均电流的控制。

虽然本发明参照专门的实施例加以说明，但应看到它还可以许多其它的方式加以实施。例如，可应用一个或多个门极可关断晶闸管（GTO）取代MOS场效应管或大功率晶体管。当然，适合的开器件的缓冲保护应根据需要包括在其中。

Claims (4)

1、用于直流电弧点火枪的电源，包括：

一个可控开关及一电感，在工作时，它们在电路中与直流电源及电弧点火枪串联连接；

一个续流二极管，在工作中当开关导通时被反向偏置，而在开关关断时正向偏置，以维持流经电弧及电感的电流；

一个开关驱动器，用以使开关周期性地导通与关断；及

一个具有电流传感器的反馈电路，该传感器与该电路连接并与开关驱动器相连接，用以根据流经电弧的电流控制开关的导通比。

2、根据权利要求1的电源，其中开关驱动器包括一个由时钟信号发生器供给信号的单稳态多谐振荡器，并且开关在时钟信号的每个周期中导通及关断。

3、根据权利要求1或2的电源，其中电流传感器是一个霍耳效应器件。

4、根据权利要求1或2的电源，其中电感是一个带空气隙的电抗器。