CN110420758A - 一种大功率直流叠加脉冲电源 - Google Patents

一种大功率直流叠加脉冲电源 Download PDF

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CN110420758A CN201910647312.4A CN201910647312A CN110420758A CN 110420758 A CN110420758 A CN 110420758A CN 201910647312 A CN201910647312 A CN 201910647312A CN 110420758 A CN110420758 A CN 110420758A
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程宇清
胡文平
熊茂
彭忆愉
吴义
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Abstract

本发明涉及一种大功率直流叠加脉冲电源，包括通过电感L2相互连接的高频高压直流电源与高压脉冲电源，叠加电源的高压输出端与除尘器连接。高压脉冲电源包括依次连接的第一整流桥、IGBT1、第一谐振电容C1、脉冲变压器T2，第一整流桥的交流输入端连接工频交流电源，第一整流桥的直流正极输出端连接IGBT1的漏极，第一整流桥的直流负极输出端连接IGBT1的源极；IGBT1的漏极连接第一谐振电容C1的一端，第一谐振电容C1的另一端与IGBT1的源极分别连接脉冲变压器T2的初级绕组两端；脉冲变压器T2的次级绕组一端连接隔直电容C5、其另一端接地。本发明具有高效的除尘效果，尤其对高比电阻粉尘、超细微粉尘具有显著的除尘效果。

Description

一种大功率直流叠加脉冲电源
技术领域
本发明涉及高压除尘电源领域，具体涉及一种大功率直流叠加脉冲电源。
背景技术
随着国家大气污染深度治理推进，环保要求越来越严，要求所有钢铁厂、水泥厂都达到超低排放效果。但实际对于钢铁厂烧结机头、水泥窑头这些场所，由于粉尘比电阻高、烟气工况波动大等特点，除尘器里面很容易产生反电晕现象，导致常规电除尘器电源都无法正常工作，除尘效果都很差。尤其是超细微粉尘，在除尘器中很难被捕集，需要瞬间产生浓度很高的电荷群才能捕集到这些超细微粉尘。
现有除尘器供电源发展经历从工频电源到高频电源两代产品，除尘效率已有明显改善，但无论是工频电源，还是高频电源，都无法解决烟气高比电阻产生反电晕的问题，反电晕现象会导致除尘效率明显降低。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种大功率直流叠加脉冲电源，利用直流叠加脉冲电源的供电特性，抑制高比电阻产生反电晕现象，从而大幅度提升除尘效率。大功率直流叠加脉冲电源可以有效捕集超细微粉尘，其瞬时功率可以达到25MW，瞬间的大功率能在除尘器内部产生很高浓度的电荷群，因此，对捕集PM2.5粉尘有很好的效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种大功率直流叠加脉冲电源，包括高频高压直流电源、高压脉冲电源及电感L2，所述高频高压直流电源的电源输出端、所述高压脉冲电源的电源输出端分别连接在所述电感L2两端，所述高压脉冲电源的电源输出端与所述电感L2的节点与除尘器连接，所述高压脉冲电源包括依次连接的第一整流桥、IGBT1、第一谐振电容C1、脉冲变压器T2，所述第一整流桥的交流输入端连接工频交流电源，所述第一整流桥的直流正极输出端连接所述IGBT1的漏极，所述第一整流桥的直流负极输出端连接所述IGBT1的源极；所述IGBT1的漏极连接所述第一谐振电容C1的一端，所述第一谐振电容C1的另一端与所述IGBT1的源极分别连接所述脉冲变压器T2的初级绕组两端；所述脉冲变压器T2的次级绕组一端连接所述隔直电容C5一端、其另一端接地，所述隔直电容C5的另一端连接所述除尘器。
本发明的大功率直流叠加脉冲电源因其独有的供电方式--直流叠加脉冲，直流输出电压可达到40kV，脉冲电压输出可达到80kV，叠加的输出电压瞬间可高达120kV，且直流平均电流可以控制得很小，这样避免了高比电阻烟尘发生反电晕现象；同时，瞬间高浓度电荷可以捕集超细微粉尘，从而大幅度提升了除尘效率。另外，因脉冲宽度可控制在80us以内，避免了高电压引起除尘器内部闪络。
优选地，所述高压脉冲电源中还包括能量缓冲电路，所述能量缓冲电路包括二极管D7、电阻R1、电容C2，所述电阻R1的一端连接所述第一谐振电容C1与所述IGBT1的节点，所述电阻R1的另一端与所述电容C2的一端串联，所述电容C2的另一端连接所述脉冲变压器T2的初级绕组与所述IGBT1的源极的节点，所述电阻R1两端并联所述二极管D7，所述二极管D7的正极连接所述IGBT1的漏极。
优选地，所述第一整流桥与所述IGBT1的漏极之间还设有滤波电感L1，所述滤波电感L1一端连接所述第一整流桥(1)的直流正极输出端，所述滤波电感L1另一端连接所述IGBT1的漏极。
优选地，所述高压脉冲电源还设有升压变压器T1，所述升压变压器T1的初级绕组连接所述工频交流电源，所述升压变压器T1的次级连接所述第一整流桥的交流输入端。
优选地，所述高压脉冲电源上还设有第一隔离开关QS1，所述第一隔离开关QS1设于所述工频交流电源与所述升压变压器T1的初级绕组之间，所述第一隔离开关QS1一端连接所述工频交流电源、其另一端连接所述升压变压器T1的初级绕组。
优选地，所述高频高压直流电源包括依次连接的可控硅整流桥、全桥逆变器、谐振电容C4、高频变压器T3、桥式整流高压硅堆，所述可控硅整流桥的交流输入端连接工频交流电源，所述可控硅整流桥(4)的直流正极输出端与直流负极输出端之间并联有直流滤波电容C3，所述可控硅整流桥为所述全桥逆变器提供直流电源，所述直流电源经所述全桥逆变器的逆变作用后生成高频交流电；所述谐振电容C4一端连接所述全桥逆变器的一个交流输出端，所述谐振电容C4另一端连接所述高频变压器T3的初级绕组一端，所述高频变压器T3的初级绕组另一端连接所述全桥逆变器的另一个交流输出端；所述高频变压器T3的次级绕组与所述桥式整流高压硅堆连接，所述桥式整流高压硅堆的直流正极输出端接地，所述桥式整流高压硅堆的直流负极输出端与所述电感L2上远离所述高压脉冲电源的一端连接。
优选地，所述高频高压直流电源上设有软起动开关电路，所述软起动开关电路包括串联的可控硅VT1与电阻R2，所述可控硅VT1的阳极与所述工频交流电源连接，所述可控硅VT1的阴极与所述电阻R2串联后、连接所述可控硅整流桥的直流正极输出端。
优选地，所述桥式整流高压硅堆的直流输出端上设有LC滤波电路，所述LC滤波电路包括串联的电感L2与滤波电容C12，所述电感L2与所述滤波电容C12的节点与所述隔直电容C5连接。
优选地，所述高频高压直流电源上还设有第二隔离开关QS2，所述第二隔离开关QS2设于所述工频交流电源与所述可控硅整流桥之间，所述第二隔离开关QS2一端连接所述工频交流电源、其另一端连接所述可控硅整流桥的交流输入端。
优选地，本发明中还包括电压采样电路，所述电压采样电路包括直流电压采样电路与脉冲电压采样电路，所述直流电压采样电路一端接地、另一端连接所述桥式整流高压硅堆的直流负极输出端，所述脉冲电压采样电路一端接地、其另一端连接所述隔直电容C5。
本发明的有益效果是：传统除尘电源，在除尘器开始起电晕以后，电源输出电流和输出电压是线性增长关系，所以，输出电压升高，电流也增长了，如果遇上高比电阻，电流增长到一定大小就容易引起反电晕现象，最终，除尘效率大幅度下降，电源做无用功。而本发明的大功率直流叠加脉冲电源因其独有的供电方式---直流叠加脉冲，输出电压瞬间可高达120KV，但直流平均电流却可以控制的很小，这样避免了高比电阻烟尘发生反电晕现象，同时，瞬间高浓度电荷可以捕集超细微粉尘，从而大幅度提升了除尘效率。另外，因脉冲宽度控制在80us以内，大幅降低除尘器内部闪络的可能性。
因此，本发明的大功率直流叠加脉冲电源对高比电阻粉尘、超细微粉尘，在除尘效果与效率上与以往工频电源、高频电源相比，具有显著的进步。
附图说明
图1为本发明电路原理图1；
图2为本发明电路原理图2。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、第一整流桥，2、能量缓冲电路，3、脉冲电压采样电路，4、可控硅整流桥，5、全桥逆变器，6、桥式整流高压硅堆，7、直流电压采样电路，8、LC滤波电路，9、软起动开关电路；
QS1、第一隔离开关，QS2、第二隔离开关，T1、升压变压器，T2、脉冲变压器，T3、高频变压器，L1、滤波电感，L2、电感，C1/C4、谐振电容,C3、直流滤波电容，C5、隔直电容，C2/C6～C11、电容，C12、滤波电容，R1～R8，电阻，D1～D7，二极管，D8～D11、高压硅堆，VT1～VT7，可控硅。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1～图2所示，一种大功率直流叠加脉冲电源，用于为高频高压除尘器提供电源。其包括高频高压直流电源、高压脉冲电源及电感L2，所述高频高压直流电源的电源输出端、所述高压脉冲电源的电源输出端分别连接在所述电感L2两端，所述高压脉冲电源的电源输出端与所述电感L2的节点与除尘器连接，为除尘器提供叠加的电源。高频高压直流电源额定输出电压40kV，直流额定电流800mA；高压脉冲电源产生输出80KV脉冲电压，输出正弦脉冲300A峰值电流，脉冲宽度不大于80us。所述高压脉冲电源包括依次连接的第一整流桥1、IGBT1、第一谐振电容C1、脉冲变压器T2。第一整流桥1为二极管D1～D6组成的三相桥式整流电路，将380V三相工频电压整流为直流电源，为后续生成脉冲电源做准备。所述第一整流桥1的交流输入端连接工频交流电源，本实施例的工频交流电源为380V三相工频交流电。所述第一整流桥1的直流正极输出端连接所述IGBT1的漏极，所述第一整流桥1的直流负极输出端连接所述IGBT1的源极；所述IGBT1的漏极连接所述第一谐振电容C1的一端，所述第一谐振电容C1的另一端与所述IGBT1的源极分别连接所述脉冲变压器T2的初级绕组两端；所述脉冲变压器T2的次级绕组一端连接所述隔直电容C5的一端、其另一端接地，所述隔直电容C5的另一端连接所述除尘器的电极。
本发明的大功率直流叠加脉冲电源因其独有的供电方式--直流叠加脉冲，直流输出电压可达到80kV，脉冲电压输出可达到80kV，叠加的输出电压瞬间可高达120kV，且直流平均电流可以控制得很小，这样避免了高比电阻烟尘发生反电晕现象；同时，瞬间高浓度电荷可以捕集超细微粉尘，从而大幅度提升了除尘效率。另外，因脉冲宽度可通过控制IGBT1的通断时间从而将其控制在80us以内，大幅降低除尘器内部闪络的可能性。
本实施例中，所述高压脉冲电源中还包括能量缓冲电路2，所述能量缓冲电路2包括二极管D7、电阻R1、电容C2，所述电阻R1的一端连接所述第一谐振电容C1与所述IGBT1的节点，所述电阻R1的另一端与所述电容C2的一端串联，所述电容C2的另一端连接所述脉冲变压器T2的初级绕组与所述IGBT1的源极的节点，所述电阻R1两端并联所述二极管D7，所述二极管D7的正极连接所述IGBT1的漏极，所述二极管D7的负极连接所述电阻R1与所述电容C2的节点。
本实施例中，所述第一整流桥1与所述IGBT1的漏极之间还设有滤波电感L1，所述滤波电感L1一端连接所述第一整流桥1的直流正极输出端，所述滤波电感L1另一端连接所述IGBT1的漏极。
本实施例中，所述高压脉冲电源还设有升压变压器T1，所述升压变压器T1的初级绕组连接所述工频交流电源，所述升压变压器T1的次级连接所述第一整流桥1的交流输入端，将380V三相工频电压升压为1500V的交流电，再经过第一整流桥1的整流作用，整流为2200V的直流电。
本实施例中，所述高压脉冲电源上还设有第一隔离开关QS1，所述第一隔离开关QS1设于所述工频交流电源与所述升压变压器T1的初级绕组之间，所述第一隔离开关QS1一端连接所述工频交流电源、其另一端连接所述升压变压器T1的初级绕组。当系统不投入使用时，第一隔离开关QS1为工频交流电源与升压变压器T1之间提供可靠的安全隔离。
本实施例中，所述高频高压直流电源包括依次连接的可控硅整流桥4、全桥逆变器5、谐振电容C4、高频变压器T3、桥式整流高压硅堆6。可控硅整流桥4由可控硅VT2～VT7构成，全桥逆变器5由IGBT2～IGBT5组成。桥式整流高压硅堆6是由高压硅堆D8～D11组成桥式整流电路，高压硅堆D8～D11根据电压需求，分别由若干个二极管串联形成，若干个二极管串联等效于一个耐高压的二极管。所述可控硅整流桥4的交流输入端连接工频交流电源，所述可控硅整流桥4的直流正极输出端与直流负极输出端之间并联有直流滤波电容C3；所述可控硅整流桥4为所述全桥逆变器5提供直流电源，经过整流后的交流电变成脉动的直流电，所述直流滤波电容C3为所述可控硅整流桥4输出的直流电滤除杂波，直流滤波电容C3的充放电效应将脉动的直流电变为稳定的直流电。所述直流电源经所述全桥逆变器5的逆变作用后生成高频交流电；所述谐振电容C4一端连接所述全桥逆变器5的一个交流输出端，所述谐振电容C4另一端连接所述高频变压器T3的初级绕组一端，所述高频变压器T3的初级绕组另一端连接所述全桥逆变器5的另一个交流输出端；所述高频变压器T3的次级绕组与所述桥式整流高压硅堆6连接，所述桥式整流高压硅堆6的直流正极输出端接地，所述桥式整流高压硅堆6的直流负极输出端与所述电感L2上远离所述高压脉冲电源的一端连接。
本实施例中，所述高频高压直流电源上设有软起动开关电路9，所述软起动开关电路9包括串联的可控硅VT1与电阻R2，所述可控硅VT1的阳极与所述工频交流电源连接，所述可控硅VT1的阴极与所述电阻R2串联后、连接所述可控硅整流桥4的直流正极输出端；软起动开关电路9使起动电流从零线性上升至设定值，可自由地无级调整至最佳的起动电流，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对系统中负载的冲击。
本实施例中，所述桥式整流高压硅堆6的直流输出端上设有LC滤波电路8，所述LC滤波电路8包括串联的电感L2与滤波电容C12，所述电感L2与所述滤波电容C12的节点与所述隔直电容C5连接。LC滤波电路8对高压直流电源输出进行滤波与稳压，保证输出稳定的高频高压直流电源。隔直电容C5与所述电感L2与所述滤波电容C12的节点连接到除尘器，为除尘器提供高频高压直流电源叠加高压脉冲电源的工作电源。
本实施例中，所述高频高压直流电源上还设有第二隔离开关QS2，所述第二隔离开关QS2设于所述工频交流电源与所述可控硅整流桥4之间，所述第二隔离开关QS2一端连接所述工频交流电源、其另一端连接所述可控硅整流桥4的交流输入端。当系统不投入使用时，第二隔离开关QS2为工频交流电源与可控硅整流桥4之间提供可靠的安全隔离。
本实施例中，本发明中还包括电压采样电路，所述电压采样电路包括直流电压采样电路7与脉冲电压采样电路3，所述直流电压采样电路7一端接地、另一端连接所述桥式整流高压硅堆6的直流负极输出端，所述脉冲电压采样电路3一端接地、其另一端连接所述隔直电容C5。通过电压采样电路对高频高压直流电源以及高压脉冲电源的输出电压分别进行实时监控，实时了解系统动态以便实时调节、控制。
工作流程：
脉冲电压产生流程如下：
380V工业电接入，合上第一隔离开关QS1，经过升压变压器T1将380V电压升压成1500V交流电，经过第一整流桥1将1500V交流电整流成2200V直流电；
2200V直流经过滤波电感L1给谐振电容C1充电，谐振电容C1与脉冲变压器T2中的初级绕组漏感，组成串联谐振电路；
打开IGBT1,谐振电容C1沿IGBT1、脉冲变压器T2初级绕组，泄放存储能量；同时与脉冲变压器T2初级绕组漏感形成谐振，能量来回流动；
谐振电容C1与脉冲变压器T2形成谐振，能量来回流动，就产生2200V的脉冲电压加在了脉冲变压器T2的初级，经过脉冲变压器T2升压，即将2200V脉冲电压转换成80KV脉冲电压；
一旦IGBT1发生过流情况，马上关断高压IGBT1,此时若是存储在谐振电容C1中的能量没有泄放完，多余的能量沿着能量缓冲电路2流进缓冲电容C2，以此来保护高压IGBT1；当IGBT1再次打开，能量缓冲电路2储存的能量经过IGBT1泄放掉；
高频高压直流电源的输出端经过电感L2与80KV脉冲电压连接，即将80KV脉冲电压叠加在高频高压直流电源上，脉冲电压输出端有脉冲电压采样电路3对输出的脉冲电压采样。
高频高压直流电源如下：
380V工业电接入，合上第二隔离开关QS2，经过可控硅整流桥4的整流作用，将交流电整流成直流电，所述直流电源经全桥逆变器5的逆变作用后生成单相的高频交流电，然后经过高频变压器T3的升压作用，将高频交流电升压为高频高压交流电，经桥式整流高压硅堆6整流为40kV基波输出；输出的高频高压直流电经过LC滤波电路8的滤波作用后，输出稳定的高频高压直流电到除尘器，并与输出的脉冲电压进行叠加，即成为大功率直流叠加脉冲电除尘电源。
传统除尘电源，在除尘器开始起电晕以后，电源输出电流和输出电压是线性增长关系，所以，输出电压升高，电流也增长了，如果遇上高比电阻，电流增长到一定大小就容易引起反电晕现象，最终，除尘效率大幅度下降，电源做无用功。而本发明的大功率直流叠加脉冲电源因其独有的供电方式--直流叠加脉冲，输出电压瞬间可高达120KV，但直流平均电流却可以控制的很小，这样避免了高比电阻烟尘发生反电晕现象，同时，瞬间高浓度电荷可以捕集超细微粉尘，从而大幅度提升了除尘效率。另外，因脉冲宽度控制在80us以内，大幅降低除尘器内部闪络的可能性。
因此，本发明的大功率直流叠加脉冲电源对高比电阻粉尘、超细微粉尘，在除尘效果与效率上与以往工频电源、高频电源相比，具有显著的进步。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率直流叠加脉冲电源，包括高频高压直流电源、高压脉冲电源及电感L2，所述高频高压直流电源的电源输出端、所述高压脉冲电源的电源输出端分别连接在所述电感L2两端，所述高压脉冲电源的电源输出端与所述电感L2的节点与除尘器连接，其特征在于，所述高压脉冲电源包括依次连接的第一整流桥(1)、IGBT1、第一谐振电容C1、脉冲变压器T2，所述第一整流桥(1)的交流输入端连接工频交流电源，所述第一整流桥(1)的直流正极输出端连接所述IGBT1的漏极，所述第一整流桥(1)的直流负极输出端连接所述IGBT1的源极；所述IGBT1的漏极连接所述第一谐振电容C1的一端，所述第一谐振电容C1的另一端与所述IGBT1的源极分别连接所述脉冲变压器T2的初级绕组两端；所述脉冲变压器T2的次级绕组一端连接所述隔直电容C5一端、其另一端接地，所述隔直电容C5的另一端连接所述除尘器。
2.根据权利要求1所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述高压脉冲电源中还包括能量缓冲电路(2)，所述能量缓冲电路(2)包括二极管D7、电阻R1、电容C2，所述电阻R1的一端连接所述第一谐振电容C1与所述IGBT1的节点，所述电阻R1的另一端与所述电容C2的一端串联，所述电容C2的另一端连接所述脉冲变压器T2的初级绕组与所述IGBT1的源极的节点，所述电阻R1两端并联所述二极管D7，所述二极管D7的正极连接所述IGBT1的漏极。
3.根据权利要求1所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述第一整流桥(1)与所述IGBT1的漏极之间还设有滤波电感L1，所述滤波电感L1一端连接所述第一整流桥(1)的直流正极输出端，所述滤波电感L1另一端连接所述IGBT1的漏极。
4.根据权利要求1所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述高压脉冲电源还设有升压变压器T1，所述升压变压器T1的初级绕组连接所述工频交流电源，所述升压变压器T1的次级连接所述第一整流桥(1)的交流输入端。
5.根据权利要求4所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述高压脉冲电源上还设有第一隔离开关QS1，所述第一隔离开关QS1一端连接所述工频交流电源、其另一端连接所述升压变压器T1的初级绕组。
6.根据权利要求1所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述高频高压直流电源包括依次连接的可控硅整流桥(4)、全桥逆变器(5)、谐振电容C4、高频变压器T3、桥式整流高压硅堆(6)，所述可控硅整流桥(4)的交流输入端连接工频交流电源，所述可控硅整流桥(4)的直流正极输出端与直流负极输出端之间并联有直流滤波电容C3，所述可控硅整流桥(4)为所述全桥逆变器(5)提供直流电源，所述直流电源经所述全桥逆变器(5)的逆变作用后生成高频交流电；所述谐振电容C4一端连接所述全桥逆变器(5)的一个交流输出端，所述谐振电容C4另一端连接所述高频变压器T3的初级绕组一端，所述高频变压器T3的初级绕组另一端连接所述全桥逆变器(5)的另一个交流输出端；所述高频变压器T3的次级绕组与所述桥式整流高压硅堆(6)连接，所述桥式整流高压硅堆(6)的直流正极输出端接地，所述桥式整流高压硅堆(6)的直流负极输出端与所述电感L2上远离所述高压脉冲电源的一端连接。
7.根据权利要求6所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述高频高压直流电源上设有软起动开关电路(9)，所述软起动开关电路(9)包括串联的可控硅VT1与电阻R2，所述可控硅VT1的阳极与所述工频交流电源连接，所述可控硅VT1的阴极与所述电阻R2串联后、连接所述可控硅整流桥(4)的直流正极输出端。
8.根据权利要求6所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述桥式整流高压硅堆(6)的直流输出端上设有LC滤波电路(8)，所述LC滤波电路(8)包括串联的电感L2与滤波电容C12，所述电感L2与所述滤波电容C12的节点与所述隔直电容C5连接。
9.根据权利要求6所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，所述高频高压直流电源上还设有第二隔离开关QS2，所述第二隔离开关QS2一端连接所述工频交流电源、其另一端连接所述可控硅整流桥(4)的交流输入端。
10.根据权利要求1所述一种大功率直流叠加脉冲电源，其特征在于，还包括电压采样电路，所述电压采样电路包括直流电压采样电路(7)与脉冲电压采样电路(3)，所述直流电压采样电路(7)一端接地、另一端连接所述桥式整流高压硅堆(6)的直流负极输出端，所述脉冲电压采样电路(3)一端接地、其另一端连接所述隔直电容C5。
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