CN107073481B - 电集尘机用高压电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电集尘机用高压电源装置，其检测对电离器(I)及收集器(II)的输出电压(V)及输出电流(I)，并且向CPU(9)供给表示输出电压(V)的输出电压信号(S1)及表示输出电流(I)的输出电流信号(S2)，由此通过CPU(9)进行占空比控制，该占空比控制是用于由变换装置进行PWM控制而进行的控制，其中，CPU(9)以如下方式进行控制：在由于输出电压(V)的降低而检测到产生放电火花时，取入输出电压信号(S1)或输出电流信号(S2)，并将PWM控制的占空比设为最小，由此，立即中止输出电压(V)的输出，并且在经过预定的中止期间后，将输出电压(V)的电压上升速度设为基于上述占空比和取入输出电压信号(S1)或输出电流信号(S2)的采样速度而设定的平缓的上升曲线。

Description

电集尘机用高压电源装置

技术领域

本发明涉及电集尘机用高压电源装置，特别涉及在应用于通过PWM的占空比控制来控制向作为负载的电离器或收集器供给的电压/电流的情况下有用的装置。

背景技术

当使电集尘机长期持续工作时，由于堆积在电极上的灰尘/雾/碳/切削油/水滴等，有时在电极间产生放电火花而妨碍集尘。在连续的放电火花的情况下，不仅集尘效率降低，而且还产生油的着火危险的可能性，因此，尽可能快速地进行电源中止/集尘中止的措施，但在该情况下，也存在下面那样的问题。

(1)目前，在电极间引起放电火花时，中止10秒钟，并再次进行高压输出，如果恢复到正常水平，则在该状态下继续运转，如果异常则再高压中止10秒钟，将该情况重复3次，最终进行异常判定。因此，即使在引起异常的情况下，由于合计20秒钟的集尘中止，在该期间发生了烟充满工场内的情况。

(2)根据放电的电极状态及放电空间的状态，决定是偶发的单发火花还是稳定的连续火花，不能在电源侧控制放电火花本身。

(3)另外，作为上述以外的现象，还产生不伴随放电火花的、伴随湿气等绝缘劣化引起的低电阻负载的过电流或持续性的电压降低引起的异常。在该情况下不能期待集尘能力，因此，需要快速进行电极清洗等措施，还需要尽可能快速地作出判定，但与放电火花进行区分的机构缺失。

(4)在原因为湿气所引起的绝缘降低的情况下，如果进行电极清洗则恢复，但该期间会集尘中止。

作为公开控制放电火花的方面的公知文献，例如有专利文献1。其中，产生火花放电后，使输出电压降低，任意控制再启动时的电压上升的倾斜度，并防止火花放电的再发和确保带电时间。

但是，专利文献1中存在如下问题。

(1)不是通过软件的编程来实现用于放电火花对策的必要控制的技术思想，全部通过模拟电路进行处理，因此，电路变得复杂，需要大量零件数量，花费成本，动作变更等规格本身的变更需要伴随麻烦的作业的零件更换。

(2)作为控制目标值的电压值或电流值基本考虑点状的点状控制，没有认识到具有二维分布的函数控制的必要性。

(3)以优先不引起集尘效率降低，且从伴随放电火花的暂时性的电压降低尽可能快速地进行电压恢复为着重点，因此，完全没有考虑集尘对象的着火安全性。因此，不能确保充分的中止时间。因此，这样仍产生着火安全性的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-273267号公报

发明内容

发明所要解决的课题

鉴于上述现有技术，本发明的目的在于提供一种电集尘机用高压电源装置，在检测到产生放电火花的情况下，通过变更PWM的占空比(duty)，防止连续性的放电火花的产生，并且不仅可流畅且迅速地转移到正常运转，而且即使在产生了连续性的放电火花的情况下，也可以尽可能迅速地收敛连续火花来确保流畅的继续运转。

用于解决课题的手段

达成所述目的的本发明的第一方式提供一种电集尘机用高压电源装置，其检测对作为负载的电离器及收集器的输出电压及输出电流，并且向控制单元提供输出电压信号以及输出电流信号，所述输出电压信号用于表示检测出的所述输出电压，所述输出电流信号用于表示检测出的所述输出电流，由此通过所述控制单元进行占空比控制，该占空比控制是用于由连接了所述负载的变换装置进行PWM控制而进行的控制，

所述控制单元以如下方式进行控制：

在由于所述输出电压的降低而检测出产生了放电火花时，取入所述输出电压信号或输出电流信号，将所述PWM控制的占空比设为最小，由此中止所述输出电压的输出，并且在经过预定的中止期间后，将所述输出电压的电压上升速度设为基于所述占空比和取入所述输出电压信号或输出电流信号的采样速度而设定的平缓的上升曲线。

根据本方式，通过检测伴随放电火花的产生的输出电压的降低，通过占空比控制中止运转，并且插入预定的中止时间，由此可以尽可能抑制向连续放电的转换。

另外，在经过预定的中止期间后，以基于占空比和取入输出电压信号或输出电流信号的采样速度，输出电压的电压上升成为平缓的上升曲线的方式进行控制，因此，可实现再启动的软启动。

本发明的第二方式如第一方式所记载的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

基于所述电离器或收集器中的着火安全性和集尘效率决定所述中止期间。

根据本方式，可以得到用于确保处于折衷关系的着火安全性的要件和用于高效率地确保集尘效率的要件的调和，因此，也可以在较高地保持集尘效率的状态下，良好地确保着火安全性。

本发明的第三方式如第一或第二方式所记载的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

每当预定时间内的所述放电火花的产生次数超过预定的阈值，所述控制单元阶段性地降低恒流特性的输出电流的值。

根据本方式，每当放电火花的产生次数超过预定的阈值，阶段性地降低恒流特性的输出电流的值，因此，不怎么降低集尘效率，可以迅速且恰当地抑制放电火花的产生。

本发明的第四方式如第一或第二方式所记载的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

每当预定时间内的所述放电火花的产生次数超过预定的阈值，所述控制单元阶段性地降低恒压特性的输出电压的值。

根据本方式，每当放电火花的产生次数超过预定的阈值，阶段性地降低恒压特性的输出电压的值，因此，可以迅速且恰当地抑制放电火花的产生。

本发明的第五方式如第一～第四方式中任一项所记载的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

所述控制单元以如下方式进行PWM控制，即，以低于额定的恒流、恒压输出特性进行启动，在附着于绝缘部件的湿气通过焦耳热而被干燥的阶段，转移到基于额定的恒流、恒压输出特性的运转。

根据本方式，即使在由于较强的湿气，在绝缘体的支承体等产生绝缘劣化的情况下，通过在由于湿气而产生绝缘劣化的部分流过电流，也可以通过焦耳热使该部分干燥。即，通过进行安全的干燥专门运转，可以使绝缘耐力迅速恢复，可以没有问题地迅速地转换成干燥后的额定运转。

发明效果

根据本发明，通过检测伴随放电火花的产生的输出电压的降低，通过占空比控制来中止运转，并且插入预定的中止时间，由此，可以尽可能地抑制向连续放电的转移，有助于该电集尘机的持续运转。另外，以再启动时的输出电压的电压上升成为平缓的上升曲线的方式进行控制，因此，可实现良好的持续运转。

另外，可以得到用于确保着火安全性的要件和用于高效率地确保集尘效率的要件的调和，因此，也可以在较高地保持集尘效率的状态下，良好地确保着火安全性。

另外，为了应对连续的放电火花的产生，通过使例如赋予恒压特性的输出电流阶段性地降低来进行应对，因此，可以尽可能地抑制连续火花的产生。

即，在检测到放电火花的产生的情况下，通过变更PWM的占空比，防止连续性的放电火花的产生，并且可流畅且迅速地转换成正常运转，而且，即使在产生连续性的放电火花的情况下，也可以尽可能迅速地收敛连续火花，确保流畅的持续运转。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的电集尘机用高压电源装置的框图。

图2是表示上述实施方式的第一实施例的动作方式的波形图。

图3是表示上述实施方式的第二实施例的动作方式的波形图。

图4是表示上述实施方式的第三实施例的动作方式的波形图。

图5是表示上述实施方式的第四实施例的动作方式的波形图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明实施方式的电集尘机用高压电源装置的框图。本方式具有作为负载的电集尘机的电离器I及收集器II。

另外，本方式的电源装置具有他激式变换装置。更详细而言，将由从商用电源50/60Hz的交流暂时变换为直流的整流平滑电路或直流电源(图1中未图示)施加的直流电压，利用以频率20kHz～100kHz进行开关动作的开关元件即场效应晶体管Tr进行斩波后施加给升压变压器1。升压变压器1具有用于得到预定的高电压的一次及二次绕阻，在其一次绕阻1A上并联地连接有共振电容器C₀。另外，在二次绕阻1B上连接有将二次电压变换成直流的整流倍压电路2。这样，将通过在升压变压器1中升压且在整流倍压电路2中整流而生成的预定的直流高电压施加给作为负载的电离器I及收集器II。在此，对收集器II施加经由电压分割用的电阻R1、R2从对电离器I的施加电压进行降压后的电压。是为了与两者的额定电压一致。

电压检测电路3检测对电离器I施加的电压，将表示此时的电压值的电压信号S1经由运算放大器4向主控制装置5送出。另一方面，电流检测电路6检测向电离器I及收集器II供给的电流，并将表示此时的电流值的电流信号S2经由运算放大器7向主控制装置5送出。

本方式中的控制装置即主控制装置5具有A/D变换器8、CPU9、PWM信号生成部10。在此，A/D变换器8将作为模拟信号的电压信号S1及电流信号S2变换成数字信号并向CPU9供给。CPU9将基于电压信号S1及电流信号S2的数字信号如预定那样处理，决定PWM的占空比(duty)，经由PWM信号生成部10产生具有预定的占空比的PWM信号S3(关于CPU9中的信号处理，后面进行详细叙述)。开关电路11基于PWM信号S3以预定的间隔对场效应晶体管Tr进行开/关控制。

这样，接通该电源装置的电源的同时，通过主控制装置5的CPU9启动而进入初始启动程序。此时，场效应晶体管Tr成为截止，电流不会流过升压变压器1。

另一方面，CPU9中，每隔一定时间T1检测基于通过监视电路得到的监视用的电压信号(VDD信号)S1及电流信号(IDD信号)S2的电压值及电流值，同时如果未到达目标电压，则将占空比每次提高1位。本方式中，T1＝10msec。另外，每提高1位，占空比增加1/400(＝0.25％)。因此，最小输出成为占空比为百分之百时的1/400。

如上所述，在电集尘机中检测到放电火花的产生的情况下，进行下面第一～第四实施例所示那样的控制。

＜第一实施例＞

本例是以通过中止时间确保安全性为目的的控制。具体而言，如图2所示，当产生火花时，瞬间成为负载短路状态，发生由火花引起的电压降低A。其结果，输出电压V大致成为零。通过该输出电压V的降低，利用电压检测电路3进行火花检测B，成为中止开始C的模式。其结果，放电被暂时中止，但由于被中止，从负载短路释放的该电集尘机用高压电源装置恢复。如果没有解除放电火花的原因，则容易转换成连续的放电火花。但是，即使产生放电火花，如果为1次，则不会威胁安全性，不需要运转中止，因此，为了不转换成连续放电，即使是一次，如果产生放电火花，则立即检测该火花，并将占空比设为最小值(本例中，输出电压V成为100％时的1/400)，并设为放电开始电压以下的充分低的值，由此，可靠地防止转换成连续火花。具体而言，CPU9直接控制升压变压器1的一次绕阻1A侧的振幅，因此，通过瞬间改变占空比可实现。另外，通过暂时将输出中止且一定时间后再启动，可以将集尘效率的降低限定在最小限度。

如果中止时间过短，则不能确保着火安全性，如果过长，则不能确保集尘性能。中止期间过长且直到再启动的一定时间，根据着火安全性和集尘效率双方决定最佳值。具体而言，若是30msec，未改变为连续放电，若是3sec，则中止期间过长，该期间的尘埃处理成为问题，因此，优选为100msec～1000msec，最优选为300msec左右。

再启动D实现每隔采样时间(程序循环时间)，使占空比每次增加1位，描绘平缓的曲线同时使电压上升的所谓的软启动。将该处理反复进行，直到解除火花放电的原因为止，但每一定时间的放电火花的次数超过阈值时，进一步转换至下面的实施例2的处理。

＜第二实施例＞

本例的目的为恒流模式的火花抑制。在第一实施例所记载的处理中放电火花的产生未结束的情况下，为了抑制放电火花产生，且使集尘机继续动作，切换电源的输出特性。

图3是表示恒流/恒压运转的一例即箱型恒压/恒流输出特性的图表，该图中叠加有初始放电特性E及运转后放电特性F。最初，从动作点G开始运转，但由于电极的污染等，为了继续进行恒流/恒压运转，转换至动作点H，经由恒流特性和恒压特性的交点逐渐降低输出电流I，由此，继续进行恒压/恒流运转。

在此，在进行包含动作点G、H的恒流运转时，尽管进行了实施例1所示的处理，在检测到超过阈值的放电火花的产生的情况下，将恒流特性从恒流特性J切换成恒流特性K。更详细而言，通常通过长期运转，产生放电电压的平行移动方式的上升，即进行包含动作点G、H的恒流运转时，产生从动作点G向动作点H的动作点上升，随之，在电极间产生放电火花。因此，尽管进行了实施例1所示的处理，在检测到超过阈值的次数的放电火花的产生的情况下，将恒流特性从恒流特性J切换至恒流特性K。这样，当改变电源特性本身，以恒流区域的电流值阶段性地减少的方式切换时，动作电压再次接近最初的电压，而抑制放电火花。

在电极污垢非常多的情况下，放电电压的上升发生从恒流区域向恒压区域的上移。特别是在使用了针电极的情况下，当电压上升时，与之相伴的放电火花的多发显著。即使在该情况下，当改变电源特性本身，并切换恒流区域的电流值时，也可以使动作点再次返回恒流区域。由此，也可以抑制伴随长期运转的电晕放电电压上升，也显著地降低放电火花的多发，可以稳定地继续进行集尘动作。当使用恒流区域时，确保放电电流，集尘效率的维持变得容易，可以良好地确保集尘动作的继续性。

另一方面，在继续运转后，放电特性恢复，且未观察到伴随电压上升的放电火花的情况下，判定该情况，并自动地恢复成原始的输出。该判定可以通过在预定时间内未检测到放电火花的产生，而容易且适当地进行。

相反，在切换到恒流动作点后，尽管进行了实施例1的处理，放电火花还多发的情况下，进行电源输出特性的第二次电流值切换，并进行从恒流特性J向恒流特性K的切换。这样，尽可能继续进行集尘动作。尽管如此，在放电火花的产生未停止的情况下，与清洗记号一起经过一定时间后进行中止。

在此，说明与放电火花的产生频率的抑制和集尘性能确保相关的理论依据。随着长期运转，由于在放电极/集尘极上附着灰尘，放电电压上升，进而从恒流区域向恒压区域进行上移，放电火花多发。当改变恒流特性的数值时，即下移时，可以将放电电压恢复成最初的电压附近，可以在没有放电火花的状态下进行稳定集尘动作。集尘效率通常由下式表示。

η＝1－EXP(－Aω/Q)

ω＝CmqEc/3πμDp

q＝k1Ei

其中，Q：风量，A：集尘面积，ω：粒子移动速度，Dp：粒径，Ec：收集器电场，μ：空气的粘性，q：粒子电荷量，Ei：电离器电场，Ii：电离器放电电流，Cm：坎宁汉(Cunningham)修正系数，k1、k2：系数。

在此，若设初始集尘效率η＝98％，当放电电流变为约一半时，理论集尘效率为η＝93.7％。进而，在电流成为1/4的情况下，也仅降低至η＝85.9％。考虑到，由于电流降低至1/4，若停止电源时成为0％，使用了恒流区域的下移调整的继续运转方式的优越性明显。这利用了如下情况，即，决定集尘效率的粒子电荷量与放电电流的平方根成比例，因此，效率降低不那样变大至电流降低的比率，并且放电电压的降低产生的火花抑制效果。

因此，如果采用本例的电流逐次降低方式，则集尘效率不会怎么降低，可得到显著的放电火花抑制效果是明确的。

另外，在以现有的振铃扼流转换器方式为代表的自激式的情况下，电流切换中需要继电器，或必须准备零件常数不同的零件，或暂时设定的电流值只要不进行零件更换就不会改变，或切换中也存在大量限制。即使在他激式的情况下，如专利文献1所代表的那样，需要大量零件。与之相对，本例中，仅改变软件上的数值，不需要变更零件，也可以进行大致连续的变化，也可以从远程位置进行常数变更。

＜第三实施例＞

上述第二实施例中，说明了阶段性地降低恒流/恒流控制的电流的方式，但相同的方法也可以在恒压模式的火花抑制中详细叙述。即，如图4所示，也可以不改变恒流特性，使恒压特性M降低为恒压特性N，并进一步从恒压特性N向恒压特性O阶段性地降低。

在尽管进行了实施例1的处理，在一定期间内产生的放电火花的产生次数超过预定的阈值的情况下，通过软件上进行恒压的数值变更，可以可靠地停止放电火花，但放电电流值的变化幅度较大，因此，在确保集尘效率的方面，如果与第二实施例相比，则较差。因此，如果停止放电火花的要求较强，则选择恒压值的连续性的变化，如果确保集尘效率的要求较强，则采用恒流值的阶段性的变化，可以根据现场的集尘对象的性质容易地切换。

＜第四实施例＞

除了运转中的火花以外，还产生由于较强的湿气引起的绝缘体等支承体的绝缘劣化而不能运转的情况。在该情况下，当测定集尘部的绝缘电阻时，成为1MΩ以下也不稀奇。在该状态下，假定施加了额定10kv的电压，则成为流过10mA以上的电流的计算，10kv×10mA＝100W，因此，认为对负载电阻体施加大输出，随着电阻体的温度急剧上升，到达燃烧。

因此，目前中止输出并等待电极清洗，或通过送风进行干燥后进行恢复。但是，该现有方法中，干燥花费时间，该期间不能集尘。

因此，本例中，即使产生较强的湿气引起的绝缘体等支承体的绝缘劣化，也进行安全的干燥专门运转，并立即恢复绝缘劣化。即，当完全停止运转时，不能期待干燥，相反，当施加额定电压时，可能产生二次灾害，因此，如图5所示，将输出同时收缩成额定的1/2或1/4左右来施加电压、电流，在绝缘电阻进行了某程度恢复的时刻，进一步提高输出来加速干燥。干燥中，如果接近初始状态，则数秒即可，随着污染加重，有时也花费数十秒～数百秒。

目前，具有如下方法，在小型电源和主电源的双电源方式中，启动使用小型电源，流过较低的电压、较小的电流，一定时间后切换成主电源，但该方法中，不仅需要两个电源，而且仅能够以两个阶段进行切换，电源个数增加的结果，多阶段或连续无阶段等在实用上难以实现。

与之相对，本例中，利用CPU9控制输出电压V，在程序上自由改变恒压/恒流的值，因此，也不需要准备两个电源，不限于多段切换，而能够简单地进行连续的切换。

另外，本例中，在绝缘体干燥且充分确保绝缘的情况下，作为带分级启动功能的高压电源发挥作用。放电火花在电源接通时最容易产生，通过设为暂时施加一阶段较低的电压后施加额定电压的两阶段施加方式的高压电源装置，可以抑制放电火花的偶发的产生频率。

产业上的可利用性

本发明可以有效用于进行电集尘机等使用高电压电源的设备的制造销售等的产业领域中。

符号说明

V 输出电压；

I 输出电流；

V₀ 基准电压；

I₀ 基准电流；

I、II 负载；

Tr 场效应晶体管；

1 升压变压器；

2 整流倍压电路；

3 电压检测电路；

5 主控制装置；

6 电流检测电路；

9 CPU。

Claims (5)

1.一种电集尘机用高压电源装置，其具备：

检测电路，其检测向作为负载的电离器及收集器输出的输出电压及输出电流，并且向控制单元提供输出电压信号以及输出电流信号，所述输出电压信号用于表示检测出的所述输出电压，所述输出电流信号用于表示检测出的所述输出电流；

控制单元，其基于由所述检测电路提供的输出电压信号以及输出电流信号进行占空比控制，该占空比控制是用于由连接了所述负载的变换装置进行PWM控制而进行的控制，

其特征在于，

所述控制单元以如下方式进行控制：

在由于所述输出电压的降低而检测出产生了放电火花时，取入所述输出电压信号或输出电流信号，将所述PWM控制的占空比设为最小，由此中止所述输出电压的输出，并且在经过预定的中止期间后，将所述输出电压的电压上升速度设为基于所述占空比和取入所述输出电压信号或输出电流信号的采样速度而设定的平缓的上升曲线。

2.根据权利要求1所述的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

基于所述电离器或收集器中的着火安全性和集尘效率决定所述中止期间。

3.根据权利要求1或2所述的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

每当预定时间内的所述放电火花的产生次数超过预定的阈值，所述控制单元阶段性地降低恒流特性的输出电流的值。

4.根据权利要求1或2所述的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

每当预定时间内的所述放电火花的产生次数超过预定的阈值，所述控制单元阶段性地降低恒压特性的输出电压的值。

5.根据权利要求1所述的电集尘机用高压电源装置，其特征在于，

所述控制单元以如下方式进行PWM控制：即，以低于额定的恒流、恒压输出特性进行启动，在附着于绝缘部件的湿气通过焦耳热而被干燥的阶段，转移到基于额定的恒流、恒压输出特性的运转。