CN111865111B - 大功率ac/dc变换等离子体点火器驱动电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路，包括三相变压器T1、第一和第二斩波器、负载电抗器L1、等离子点火器D以及第一和第二三相整流桥，第一斩波器由两逆变桥臂VT1和VT2并联组成，第二斩波器由两逆变桥臂VT3和VT4并联组成，逆变桥臂由两串联的IGBT构成，等离子点火器一端经负载电抗器L1接于逆变桥臂VT1和VT2的中点上，另一端接于第二三相整流桥输出端的负极上。本发明的等离子体点火器驱动电路，可根据等离子点火器D的功率需求，来控制第一和第二斩波器交替或叠加供电，以提供满足功率要求的电压和电流，适用于大型工业煤粉锅炉的无油点火的燃烧方式，点火方式响应速度快，体积小、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路及方法，更具体的说，尤其涉及一种的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路及方法。
背景技术
大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的，近年来，随着世界性的能源紧张，原油价格不断上涨，火力发电燃油愈来愈受到限制。因此锅炉点火和稳燃用油被做为一项重要的指标来考核，为了减少重油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等。
等离子燃烧技术是指采用直流空气等离子体作为点火源，实现锅炉的冷态启动，不用一滴油的无油点火的燃烧方式，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选方式。常规的等离子点火器电源一般是采用大功率晶闸管+直流电抗的方式，该种方式响应速度慢，电抗器的电感量非常大，使得成套装置的体积和成本大大增加。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路及方法。
本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路，包括三相变压器T、功率开关器件VT、等离子点火器D以及三个整流桥臂VD1、VD2和VD3，整流桥臂VD1、VD2和VD3均由两顺向串联的二极管构成，VD1、VD2和VD3组成三相整流桥，三相变压器的输入端接于交流电网上，输出端接于三相整流桥的输入端；其特征在于：所述功率开关器件VT由IGBT和与其串联的二极管组成，二极管的负极接于IGBT的发射极上，IGBT的集电极和二极管的正极分别接于三相整流桥输出的直流压的正极和负极上，等离子点火器D的直流电弧负载端经负载电抗器L1接于IGBT的发射极上，另一端接于三相整流桥输出端的负极上。
本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路，包括滤波吸收电容C3以及母线支撑电容C1和C2，电容C1和C2串联后的两端接于三相整流桥的输出端，电容C3的两端接于功率开关器件VT的两端。
本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路，包括双副边绕组三相变压器T1、第一斩波器、第二斩波器、负载电抗器L1、等离子点火器D以及整流桥臂VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6，T1的副边为两组移相角度不同的第一副边绕组和第二副边绕组，整流桥臂VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6均由两顺向串联的二极管构成，VD1、VD2和VD3构成第一三相整流桥，VD4、VD5和VD6构成第二三相整流桥；其特征在于：所述第一斩波器由两逆变桥臂VT1和VT2并联组成，第二斩波器由两逆变桥臂VT3和VT4并联组成，逆变桥臂VT1、VT2、VT3、VT4均由两串联的IGBT构成，第一斩波器、第二斩波器的两端分别接于第一三相整流桥和第二三相整流桥的正、负输出端；等离子点火器D的直流电弧负载端经负载电抗器L1接于逆变桥臂VT1和VT2的中点上，另一端接于第二三相整流桥输出端的负极上，所述逆变桥臂VT3和VT4的中点均接于第一三相整流桥输出端的负极上。
本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路，包括母线支撑电容C1、C2、C3、C4以及滤波吸收电容C5、C6、C7、C8，C1与C2串联后的两端接于第一三相整流桥的输出端，C3与C4串联后的两端接于第二三相整流桥的输出端；C5与逆变桥臂VT1相并联，C6与VT2并联，C7与VT4相并联，C8与VT3相并联。
本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路的驱动方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).产生驱动信号，利用同一载波生成分别驱使第一斩波器和第二斩波器工作的PWM驱动信号CH1和CH2，信号CH1与CH2的相位差为180°；
b).间歇工作模式，在第一斩波器和第二斩波器单独工作即可满足等离子点火器D的电压需求情况下，则控制PWM驱动信号CH1和CH2的占空比均小于50%，利用CH1作为逆变桥臂VT1和VT2的上桥中IGBT的门控控制信号，CH2作为逆变桥臂VT3和VT4的下桥中IGBT的门控控制信号，VT1和VT2的下桥中IGBT、VT3和VT4的上桥中IGBT均始终施加负电平信号，以使第一斩波器和第二斩波器间歇交替对等离子点火器D提供工作电压；
c).叠加工作模式，在第一斩波器和第二斩波器单独工作不足以满足等离子点火器D的电压需求情况下，则控制PWM驱动信号CH1和CH2的占空比均大于50%，利用CH1作为逆变桥臂VT1和VT2的上桥中IGBT的门控控制信号，CH2作为逆变桥臂VT3和VT4的下桥中IGBT的门控控制信号，VT1和VT2的下桥中IGBT、VT3和VT4的上桥中IGBT均始终施加负电平信号，以使第一斩波器和第二斩波器同时对等离子点火器D提供工作电压，以满足等离子点火器D对较高工作电压、较高工作电流的需求。
本发明的有益效果是：本发明的等离子体点火器驱动电路，通过设置双副边绕组三相变压器T1、第一和第二三相整流桥以及第一和第二斩波器，三相变压器T1的两副边绕组输出的交流信号分别经第一和第二三相整流桥的整流后，分别作为第一斩波器和第二斩波器的直流电压，在等离子点火器需求的电压和电流较低的情况下，利用相位差为180°、占空比均小于50%的PWM驱动信号CH1和CH2分别驱使第一斩波器和第二斩波器中的IGBT器件通断工作，进而使第一斩波器和第二斩波器对等离子点火器进行间歇交替供电；在等离子点火器所需功率（电压和电流）较高的情况下，利用占空比均大于50%的PWM驱动信号CH1和CH2分别驱使第一斩波器和第二斩波器中的IGBT器件工作，以使第一和第二斩波器叠加对等离子点火器提供电压，满足了等离子点火器对较高电压和电流的需求。本发明的等离子体点火器驱动电路，可根据需求提供满足功率要求的电压和电流，适用于大型工业煤粉锅炉的无油点火的燃烧方式，点火方式响应速度快，减小了驱动电路的体积、降低了制作成本。
附图说明
图1为本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路的第1种实施例的电路图；
图2为本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路的第2种实施例的电路图；
图3为本发明中第一斩波器和第二斩波器的驱动信号CH1和CH2的波形图。
图1中：T为三相变压器，VD1、VD2、VD3为整流桥臂，C1、C2为母线支撑电容，C3为滤波吸收电容，VT为功率开关器件，L1为负载电抗器，D为等离子点火器。
图2中：T1为双副边绕组三相变压器，VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6为整流桥臂，C1、C2、C3、C4为母线支撑电容，C5、C6、C7、C8为滤波吸收电容，VT1、VT2、VT3、VT4为逆变桥臂，L1为负载电抗器，D为等离子点火器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1，如图1所示，给出了本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路的第1种实施例的电路图，其由三相变压器T、功率开关器件VT、负载电抗器L1、等离子点火器D以及整流桥臂VD1、VD2和VD3，整流桥臂VD1、VD2和VD3均由两个顺向串联的二极管构成，VD1、VD2和VD3的两端连接在一起，形成了三相整流桥，三相变压器T的输入端接于三相交流电上，输出端接于三相整流桥上。三相整流桥对输入的三相交流电进行整流，母线支撑电容C1与C2串联后的两端接于三相整流桥的输出端，以对三相整流桥的输出进行滤波，滤波吸收电容C3接于功率开关器件VT的两端，实现滤波和稳压作用。
所示的功率开关器件VT由IGBT和与其串联的二极管组成，二极管的负极接于功率开关器件VT的发射极上，VT的集电极和二极管的正极分别接于三相整流桥输出端的正极和负极上。等离子点火器D的直流电弧负载端经负载电抗器L1接于IGBT的发射极上，另一端接于三相整流桥输出端的负极上。这样，通过向IGBT的门极上施加一定占空比的PWM控制信号，即可对输入至等离子点火器两端的电压进行控制。
为了保证施加在等离子点火器D上电压的稳定性，可以通过加入PID控制器，实现闭环控制，其方法为：通过采样环节得到PWM调制波，再与基准电压进行比较，通过PID控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现电路的闭环PID控制。
实施例2，如图2所示，给出了本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路的第2种实施例的电路图，其由双副边绕组三相变压器T1、第一斩波器、第二斩波器、负载电抗器L1、等离子点火器以及整流桥臂VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6组成，三相变压器T1的输入端接于三相交流电源上，其输出端的两个副边绕组存在移相角度。整流桥臂VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6也均由两个顺向串联的二极管构成，VD1、VD2和VD3的两端连接在一起并形成第一三相整流桥，VD4、VD5和VD6的两端连接在一起并形成第二三相整流桥，三相变压器T1的两副边绕组的输出分别接在第一和第二三相整流桥的输入端，第一和第二三相整流桥的输出分别对第一斩波器和第二斩波器进行供电。
所示的第一斩波器由逆变桥臂VT1和逆变桥臂VT2构成，第二斩波器由逆变桥臂VT3和逆变桥臂VT4构成，逆变桥臂VT1、VT2、VT3、VT4均由串联在一起的两IGBT构成，VT1与VT2的两端连接在一起并接于第一三相整流桥的输出端，VT3与VT4的两端连接在一起并接于第二三相整流桥的输出端。第一三相整流桥输出端的负极接于VT3和VT4的中点上。等离子点火器D的直流电弧负载端经负载电抗器L1接于逆变桥臂VT1和VT2的中点上，另一端接于第二三相整流桥输出端的负极上。这样，第一斩波器和第二斩波器在控制信号的作用下，可间歇交替对等离子点火器供电，亦可叠加对等离子点火器供电。
所示C1、C2、C3、C4为母线支撑电容，C5、C6、C7、C8为滤波吸收电容，C1与C2串联后的两端接于第一三相整流桥的输出端，C3与C4串联后的两端接于第二三相整流桥的输出端；C5与逆变桥臂VT1相并联，C6与VT2并联，C7与VT4相并联，C8与VT3相并联。
如图3所示，给出了本发明中第一斩波器和第二斩波器的驱动信号CH1和CH2的波形图，所示驱动信号CH1与CH2的相位差180°，占空比可调，本发明的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路的驱动方法，通过以下步骤来实现：
a).产生驱动信号，利用同一载波生成分别驱使第一斩波器和第二斩波器工作的PWM驱动信号CH1和CH2，信号CH1与CH2的相位差为180°；
b).间歇工作模式，在第一斩波器和第二斩波器单独工作即可满足等离子点火器D的电压需求情况下，则控制PWM驱动信号CH1和CH2的占空比均小于50%，利用CH1作为逆变桥臂VT1和VT2的上桥中IGBT的门控控制信号，CH2作为逆变桥臂VT3和VT4的下桥中IGBT的门控控制信号，VT1和VT2的下桥中IGBT、VT3和VT4的上桥中IGBT均始终施加负电平信号，以使第一斩波器和第二斩波器间歇交替对等离子点火器D提供工作电压；
c).叠加工作模式，在第一斩波器和第二斩波器单独工作不足以满足等离子点火器D的电压需求情况下，则控制PWM驱动信号CH1和CH2的占空比均大于50%，利用CH1作为逆变桥臂VT1和VT2的上桥中IGBT的门控控制信号，CH2作为逆变桥臂VT3和VT4的下桥中IGBT的门控控制信号，VT1和VT2的下桥中IGBT、VT3和VT4的上桥中IGBT均始终施加负电平信号，以使第一斩波器和第二斩波器同时对等离子点火器D提供工作电压，以满足等离子点火器D对较高工作电压、较高工作电流的需求。
Claims (3)
1.一种大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路，包括双副边绕组三相变压器T1、第一斩波器、第二斩波器、负载电抗器L1、等离子体点火器D以及整流桥臂VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6，T1的副边为两组移相角度不同的第一副边绕组和第二副边绕组，整流桥臂VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6均由两顺向串联的二极管构成，VD1、VD2和VD3构成第一三相整流桥，VD4、VD5和VD6构成第二三相整流桥；其特征在于：所述第一斩波器由两逆变桥臂VT1和VT2并联组成，第二斩波器由两逆变桥臂VT3和VT4并联组成，逆变桥臂VT1、VT2、VT3、VT4均由两串联的IGBT构成，第一斩波器、第二斩波器的两端分别接于第一三相整流桥和第二三相整流桥的正、负输出端；等离子体点火器D的直流电弧负载端经负载电抗器L1接于逆变桥臂VT1和VT2的中点上，另一端接于第二三相整流桥输出端的负极上，所述逆变桥臂VT3和VT4的中点均接于第一三相整流桥输出端的负极上。
2.根据权利要求1所述的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路，其特征在于：包括母线支撑电容C1、C2、C3、C4以及滤波吸收电容C5、C6、C7、C8，C1与C2串联后的两端接于第一三相整流桥的输出端，C3与C4串联后的两端接于第二三相整流桥的输出端；C5与逆变桥臂VT1相并联，C6与VT2并联，C7与VT4相并联，C8与VT3相并联。
3.一种基于权利要求1所述的大功率AC/DC变换等离子体点火器驱动电路的驱动方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).产生驱动信号，利用同一载波生成分别驱使第一斩波器和第二斩波器工作的PWM驱动信号CH1和CH2，信号CH1与CH2的相位差为180°；
b).间歇工作模式，在第一斩波器和第二斩波器单独工作即可满足等离子体点火器D的电压需求情况下，则控制PWM驱动信号CH1和CH2的占空比均小于50%，利用CH1作为逆变桥臂VT1和VT2的上桥中IGBT的门控控制信号，CH2作为逆变桥臂VT3和VT4的下桥中IGBT的门控控制信号，VT1和VT2的下桥中IGBT、VT3和VT4的上桥中IGBT均始终施加负电平信号，以使第一斩波器和第二斩波器间歇交替对等离子体点火器D提供工作电压；
c).叠加工作模式，在第一斩波器和第二斩波器单独工作不足以满足等离子体点火器D的电压需求情况下，则控制PWM驱动信号CH1和CH2的占空比均大于50%，利用CH1作为逆变桥臂VT1和VT2的上桥中IGBT的门控控制信号，CH2作为逆变桥臂VT3和VT4的下桥中IGBT的门控控制信号，VT1和VT2的下桥中IGBT、VT3和VT4的上桥中IGBT均始终施加负电平信号，以使第一斩波器和第二斩波器同时对等离子体点火器D提供工作电压，以满足等离子体点火器D对较高工作电压、较高工作电流的需求。
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