CN108923680A - 一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，包括开关单元、预充电单元、限流电抗器、工频移相变压器、脉冲发生单元和高压耦合电路，所述开关单元由断路器和接触器串联组成，三相交流电经过开关单元连接限流电抗器，所述预充电单元由接触器和限流电阻组成，并联在开关单元的接触器两端，在系统初次上电时给后部电路预先充电，所述工频变压器采用移相变压器，分三组移相角，分别为‑20°、0°、+20°，构成18脉波整流结构，每组的高压侧由若干个相同的分段绕组组成，对电网交流电压进行隔离并升压，所述脉冲发生单元由IGBT、二极管、储能电容组成，通过控制IGBT的开关输出直流脉冲电压，本发明输出高压脉冲窄、瞬时输出功率大、容错性强。

Description

一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源
技术领域
本发明涉及脉冲电源技术领域，特别涉及一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源。
背景技术
在电除尘系统中，电除尘脉冲电源产出脉冲电压，脉冲电压与基础电压叠加后提供给除尘本体，脉冲电压产出电晕场强激发高能电子，基础电压产生收尘场强将荷电的粉尘向收尘极移动，相对于单独基础电压供电方式，能够显著提高粉尘的趋进速度，提高微小颗粒物的荷电效果，大幅减少基础电源输出功率进而起到节电的效果。根据电除尘理论，粉尘的趋进速度与电场平均电压与峰值电压的乘积成正比，而脉冲电源的脉冲宽度过大直接会将除尘本体的空气击穿，造成电除尘系统无法正常工作。
如图5所示，现有技术的电除尘脉冲电源电路存在以下不足：1、系统复杂，故障率高，容错性差；2、对电网电压进行6脉波不控整流，电网输入电流谐波畸变率大；3、电气柜中存在逆变电路、中频变压器，功耗大，散热困难；4、脉冲发生电路中IGBT工作在脉冲电流状态，瞬时电流在3000A以上，对周围电气设备造成电磁干扰，需要采用专门的电磁屏蔽措施；5、脉冲发生电路所产生的谐振电流的频率和幅值与脉冲高压变压器的寄生参数关系很大，对脉冲变压器的工艺一致性和集成参数的长期稳定性要求严格； 6、通过脉冲高压变压器的电流为脉冲大电流，为保证磁芯不饱和，需要大量磁性材料，但利用率很低，同时脉冲变压器的存在限制了脉冲电源的输出瞬时功率进一步提高；7、脉冲高压变压器输出的电流在本体上形成的脉冲电压与本体的负载特性有很大关系，工况适应性差；8、输出脉冲宽度大，与系统的电气参数有关，不可调节，易使本体内的空气直接击穿，影响电除尘系统运行。
发明内容
本发明提供了一种输出高压脉冲窄、瞬时输出功率大、容错性强的高压侧直接耦合型电除尘脉冲电源方案，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，包括开关单元、预充电单元、限流电抗器、工频移相变压器、脉冲发生单元和高压耦合电路。
优选的，所述开关单元由断路器和接触器串联组成，三相交流电经过开关单元连接限流电抗器。
优选的，所述预充电单元由接触器和限流电阻组成，并联在开关单元的接触器两端，在系统初次上电时给后部电路预先充电。
优选的，所述工频变压器采用移相变压器，分三组移相角，分别为-20°、0°、+20°每组内高压侧由若干个相同的分段绕组组成，构成18脉波整流结构，对电网交流电压进行隔离并升压。
优选的，所述脉冲发生单元由IGBT、二极管、储能电容组成，通过控制IGBT的开关输出直流脉冲电压。
优选的，所述高压耦合电路将形成的脉冲电压耦合到除尘本体上，并为下次脉冲输出做准备。
优选的，脉冲发生单元通过三相二极管整流桥将高压侧的每段交流电压整流为直流800V并给储能电容充电，通过控制IGBT的开关将储能电容上的能量形成脉冲能量输出，形成一个脉冲发生模组，IGBT采用多只小容量IGBT并联的方式以增加通过电流的能力，将所有的脉冲发生模组串联后组成脉冲发生单元，通过同一个驱动信号同步控制IGBT的开通与关断以对高压脉冲电源输出进行控制。
优选的，所述每个模组IGBT的驱动电源供电可直接从自身模组整流后的800V直流电压进行阻容分压取电，通过稳压管稳压和电容滤波后得到+18V电源。
优选的，所述高压脉冲输出的能量通过IGBT的开通时长来控制，所述高压脉冲输出的频率通过IGBT的开关频率来控制；所述负高压脉冲输出的峰值通过设计脉冲发生模组的个数来控制。
附图说明
图1为本发明一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源的电除尘脉冲电源电路方案。
图2为本发明一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源的脉冲形成电路模组。
图3为本发明一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源的驱动信号同步隔离传输方案。
图4为本发明一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源的驱动波形与脉冲输出波形图。
图5为现有技术的电除尘脉冲电源电路方案。
图中：1、开关单元；2、预充电单元；3、限流电抗器；4、工频移相变压器；5、脉冲发生单元；6、高压耦合电路。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-4所示，一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，包含开关单元1、预充电单元2、限流电抗器3、工频变压器4、脉冲发生单元5和高压耦合电路6，开关单元1包括三相断路器QF1和三相接触器KM1，预充电单元2包括三相接触器KM2和限流电阻R1，实现变压器的预充磁，减少上电冲击，限流电抗器3的作用是在本体发生闪络击穿时，对电网电流进行限流，工频移相变压器4采用将移相角分为-20°、0°、+20°三组，每组由若干个完全相同的分段绕组组成，脉冲发生单元5有多个脉冲发生模组串联而成，产生负高压脉冲电压，参照图2，每个脉冲发生模组电路结构相同，将高压侧每段的交流电压经过二极管整流桥D1和储能电容C1转换为800V的直流电压，通过控制IGBT的开通与关断实现储能电容上能量的脉冲输出；所有IGBT的驱动信号均受同一信号控制，每个模组上的驱动信号之间通过光纤实现相互隔离，IGBT的驱动信号由控制板处给出，采用光纤隔离方式，实现控制电与强电的隔离，同时实现每个脉冲发生模组的IGBT驱动信号的隔离，如图3所示。IGBT的驱动电源供电可直接从模组整流后的800V直流电压进行自供电，传输到每个脉冲发生模组的开关信号只需要进行驱动信号的电平变换与功率放大即可直接驱动IGBT，高压耦合电路6由限流电阻R2、耦合电容C2和充电电感L2组成，通过配置限流电容R2的阻值对脉动输出电流大小进行设计，通过耦合电容C2和充电电感L2将高压发生单元产生的脉冲高压提供给除尘本体，高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源驱动波形与脉冲输出波形如图4所示，通过控制IGBT的开通时长tpulse以控制高压脉冲输出的脉宽，可实现小于30us脉宽输出；通过控制IGBT的开关频率以控制高压脉冲输出的频率在0~300Hz可调；通过设计脉冲发生模组的个数n以控制负高压脉冲输出的峰值可达80kV。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，包括开关单元（1）、预充电单元（2）、限流电抗器（3）、工频移相变压器（4）、脉冲发生单元（5）和高压耦合电路（6）。
2.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述开关单元（1）由断路器和接触器串联组成，三相交流电经过开关单元（1）连接限流电抗器（3）。
3.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述预充电单元（2）由接触器和限流电阻组成，并联在开关单元（1）的接触器两端，在系统初次上电时给后部电路预先充电。
4.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述工频变压器（4）采用移相变压器，分三组移相角，分别为-20°、0°、+20°，构成18脉波整流结构，每组内高压侧由若干个相同的分段绕组组成，对电网交流电压进行隔离并升压。
5.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述脉冲发生单元（5）由IGBT、二极管、储能电容组成，通过控制IGBT的开关输出直流脉冲电压。
6.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述高压耦合电路（6）将形成的脉冲电压耦合到除尘本体上，并为下次脉冲输出做准备。
7.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述脉冲发生单元（5）通过三相二极管整流桥将高压侧的每段交流电压整流为直流800V并给储能电容充电，通过控制IGBT的开关将储能电容上的能量形成脉冲能量输出，形成一个脉冲发生模组，IGBT采用多只小容量IGBT并联的方式以增加通过电流的能力，将所有的脉冲发生模组串联后组成脉冲发生单元（5），通过同一个驱动信号同步控制IGBT的开通与关断以对高压脉冲电源输出进行控制。
8.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述每个模组IGBT的驱动电源供电可直接从自身模组整流后的800V直流电压进行阻容分压取电，通过稳压管稳压和电容滤波后得到+18V电源。
9.根据权利要求1所述的一种高压侧直接耦合的电除尘脉冲电源，其特征在于：所述高压脉冲输出的能量通过IGBT的开通时长来控制，所述高压脉冲输出的频率通过IGBT的开关频率来控制；所述负高压脉冲输出的峰值通过设计脉冲发生模组的个数来控制。
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