CN114178052A - 一种基于变压器损耗的电除尘控制方法及系统 - Google Patents

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CN114178052A CN202111249801.8A CN202111249801A CN114178052A CN 114178052 A CN114178052 A CN 114178052A CN 202111249801 A CN202111249801 A CN 202111249801A CN 114178052 A CN114178052 A CN 114178052A
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潘立刚
沈燕
邱梅
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Abstract

本发明提出了一种基于变压器损耗的电除尘控制方法及系统，所述方法通过获取直流高压电源；根据获取的直流高压电源设置电除尘阈值电压；根据阈值电压计算出电晕放电电压；通过放电电压使变压器内的粉尘颗粒产生负荷；本发明通过转换效率的计算出阈值电压下的电场分布，计算出符合电除尘的最低电压，进而在增大开关频率和增大电压基准增益提升转换效率。

Description

一种基于变压器损耗的电除尘控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于变压器损耗的电除尘控制方法及系统，特别是涉及一种电除尘控制调节领域。
背景技术
电除尘器是利用直流高压电源产生的强电场使气体电离，产生电晕放电，进而使悬浮尘粒荷电，并在电场力的作用下，将悬浮尘粒从变压器中分离出来井加以捕集的除尘装置。
现有的变压器净化电除尘无法对出现的断续电流进行调整，使不连续电流值变小，对输出的直流高压电源和电除尘产生不良影响，在对输出的直流高压电源进行调节时，增大输出电压的同时，会降低电源的转换效率；因此在一定的范围内对增加的电除尘电源进行调整是必要的，既要符合电除尘工作所需电压，也要达到符合转换效率。
发明内容
发明目的：一个目的是提出一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，以解决现有技术存在的上述问题。进一步目的是提出一种实现上述方法的系统。
技术方案：一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，包括以下步骤：
步骤一，获取直流高压电源；
步骤二，根据获取的直流高压电源设置电除尘阈值电压；
步骤三，根据阈值电压计算出电晕放电电压；
步骤四，通过放电电压使变压器内的粉尘颗粒产生负荷。
在进一步的实施例中，所述步骤一进一步为：
直流高压电源由整流模块和逆变升压模块获取，为确保输入电源对电除尘阈值电压的准确，对输入的电源进行滤波和整流处理，并经逆变升压模块进行交直流的转换；根据变换器对电除尘的高输出电压进行调整；
当第一晶体管和第四晶体管导通，传输的电流为零，则第二电容得不到输入电压；使电感、第一电容和第二电容组成串并联谐振，而电流从零开始按正弦规律增加，第一晶体管和第四晶体管为零电流开通；变压器输入端不向输出端进行传输，输出端整流第八二极管处于截止状态，
当第一晶体管和第四晶体管导通续导通，第二电容得到输入电压并被箝位，变压器输入端向输出端进行传输，电感、第一电容组成串联谐振，电流继续按正弦规律变化；进而输出直流高压电源；
根据电源转换过程中的损失，通过变换器工作在零电压和零电流的通断阶段，得出变换器的转换效率；表达式如下：
η＝P0/Pi
式中，η表示转转效率；P0表示电源的输出功率；Pi表示电源的输入功率。
在进一步的实施例中，所述步骤二进一步为：
阈值电压获取直流高压电源，并施加给电除尘，计算得出电晕放电的电压值，由气体的击穿，形成放电线与积尘板之间的电场分布，并得出如下表达式：
Figure BDA0003322251370000021
式中，γ表示电子发射系数；d表示放电极表面电晕层厚度；α表示电子对气体的体积电离系数。
在进一步的实施例中，所述步骤三进一步为：
电晕放电电压通过构建起晕电压判断电除尘的最低电压，当有电晕放电的起始电场产生时，根据静电除尘计算公式得出起晕电压，并在圆柱形导线和相平行的平面之间形成电晕放电，表达式如下：
Vu＝(Er0)sr0In(2n0/r0)
式中，Vu表示起晕电压；E表示导线的个数；r0表示导线的半径；n0表示导线与平面之间的距离。
在进一步的实施例中，所述步骤四进一步为：
在接入高压直流电源的电晕电极和接地集尘电极之间形成的高压电场，由电晕电极发生电晕放电，灰尘被电离产生大量自由电子和正离子包裹；自由电子和带有负电的离子在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动过程中与两个电极之间的粉尘颗粒相碰，使粉尘颗粒带负电，带负电的尘粒在电场力的作用下也向阳极运动，到达阳极后，放出所带电子，尘粒沉积于阳极板上；并通过电极清灰装置清理收集灰尘从而使变压器得到净化。
一种基于变压器损耗的电除尘控制系统用于实现上述方法，包括：
用于获取直流高压电源的电源模块；
用于根据获取的直流高压电源设置电除尘阈值电压的计算模块；
用于根据阈值电压计算出电晕放电电压的放电模块；
用于通过放电电压使变压器内的粉尘颗粒产生负荷的除尘模块。
在进一步的实施例中，所述电源模块进一步包括整流模块，与整流模块连接的逆变升压模块；所述整流模块滤波器，与所述滤波器连接的整流器；所述滤波器包括第一晶体管、第一二极管、电感、第二晶体管和第二二极管；
所述第一晶体管引脚1分别与第一二极管正极端、电感一端、第二晶体管引脚2和第二二极管负极端连接；所述第二晶体管引脚1分别与第二二极管正极端和输入交流AC负极端连接；所述第一晶体管引脚2分别与第一二极管负极端和输入交流AC正极端连接；
所述整流器包括第三晶体管、第四晶体管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容；
所述第三晶体管引脚2分别与第三二极管负极端和第一二极管负极端连接；所述第三晶体管引脚1分别与第四晶体管引脚2、第四二极管负极端、第一电容一端、第三二极管正极端连接；所述第四晶体管引脚1分别与第四二极管正极端和第二二极管正极端连接；所述第一电容另一端与第二电容一端连接；所述第二电容另一端与电感另一端连接；
所述逆变升压模块包括变压器、第五二极管、第七二极管、第八二极管、第六二极管和第三电容；
所述变压器引脚3与第二电容另一端连接；所述变压器引脚4与第二电容另一端连接；所述变压器引脚2分别与第五二极管正极端和第七二极管负极端连接；所述变压器引脚1分别与第六二极管负极端和第八二极管正极端连接；所述第五二极管负极端分别与第八二极管负极端、第三电容一端和输出直流DC正极端连接；所述第七二极管正极端分别与第六二极管正极端、第三电容另一端和输出直流DC负极端连接；
将输入的交流电转换成符合电除尘工作的直流高压电源，并通过晶体管的切换控制实现转换电源的传输。
在进一步的实施例中，所述计算模块进一步在获取直流高压电源时施加给电除尘阈值电压，计算出电晕放电的电压值，并由变压器内气体的击穿，形成放电线与积尘板之间的电场分布。
在进一步的实施例中，所述放电模块进一步通过构建起晕电压判断电除尘的最低电压，当有电晕放电的起始电场产生时，根据静电除尘计算公式得出起晕电压，并在圆柱形导线和相平行的平面之间形成电晕放电。
在进一步的实施例中，所述除尘模块进一步包括电极清灰装置，并通过放电模式的判断在接入高压直流电源的电晕电极和接地集尘电极之间形成的高压电场，由电晕电极发生电晕放电，灰尘被电离产生大量自由电子和正离子包裹；自由电子和带有负电的离子在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动过程中与两个电极之间的粉尘颗粒相碰，使粉尘颗粒带负电，带负电的尘粒在电场力的作用下也向阳极运动，到达阳极后，放出所带电子，尘粒沉积于阳极板上；并通过清理收集灰尘从而使变压器得到净化。
有益效果：本发明提出了一种基于变压器损耗的电除尘控制方法及实现该方法的系统，为了克服高压大功率静电除尘电源方面的不足，采用串并联电流断续模式进行设计；并采用时域状态法对串并联谐振变换器工作方式进行切换，得出串并联电容比值对变换器输出电压的影响；在电流断续下实现晶体管全时零电流开通及零电流/零电压关断；增加串并联电容的比值增大输出电压，并通过转换效率的计算出阈值电压下的电场分布，计算出符合电除尘的最低电压，进而在增大开关频率和增大电压基准增益提升转换效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的交直流转换示意图。
图3为本发明的交直流转换电路图。
图4为本发明的电除尘示意图。
附图标记为：第一晶体管S1、第一二极管D1、电感L、第二晶体管S2、第二二极管D2、第三晶体管S3、第四晶体管S4、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2、变压器T、第五二极管D5、第七二极管D7、第八二极管D8、第六二极管D6、第三电容C3。
具体实施方式
申请人认为，现有技术的发展下，现有的变压器净化电除尘无法对出现的断续电流进行调整，使不连续电流值变小，对输出的直流高压电源和电除尘产生不良影响。
为解决现有技术存在的问题，本发明通过一种基于变压器损耗的电除尘控制方法及系统实现针对电除尘的处理环境计算出最低电压和电场的分布的目的。
下面通过实施例，并结合附图对本方案做进一步具体说明。
在本申请中，我们提出了一种基于变压器损耗的电除尘控制方法及实现该方法的系统，其中包含的一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，具体为包括以下步骤：
步骤一，获取直流高压电源；由整流模块和逆变升压模块获取，为确保输入电源对电除尘阈值电压的准确，对输入的电源进行滤波和整流处理，并经逆变升压模块进行交直流的转换；根据变换器对电除尘的高输出电压进行调整；
当第一晶体管S1和第四晶体管S4导通，传输的电流为零，则第二电容C2得不到输入电压；使电感L、第一电容C1和第二电容C2组成串并联谐振，而电流从零开始按正弦规律增加，第一晶体管S1和第四晶体管S4为零电流开通；变压器T输入端不向输出端进行传输，输出端整流第八二极管D8处于截止状态，
当第一晶体管S1和第四晶体管S4导通续导通，第二电容C2得到输入电压并被箝位，变压器T输入端向输出端进行传输，电感L、第一电容C1组成串联谐振，电流继续按正弦规律变化；进而输出直流高压电源；
根据电源转换过程中的损失，通过变换器工作在零电压和零电流的通断阶段，得出变换器的转换效率；表达式如下：
η＝P0/Pi
式中，η表示转转效率；P0表示电源的输出功率；Pi表示电源的输入功率。
步骤二，根据获取的直流高压电源设置电除尘阈值电压；具体通过阈值电压获取直流高压电源，并施加给电除尘，计算得出电晕放电的电压值，由气体的击穿，形成放电线与积尘板之间的电场分布，其中，γ表示电子发射系数；d表示放电极表面电晕层厚度；α表示电子对气体的体积电离系数；并得出如下表达式：
Figure BDA0003322251370000051
步骤三，根据阈值电压计算出电晕放电电压；具体通过电晕放电电压通过构建起晕电压判断电除尘的最低电压，当有电晕放电的起始电场产生时，根据静电除尘计算公式得出起晕电压，并在圆柱形导线和相平行的平面之间形成电晕放电，其中，Vu表示起晕电压；E表示导线的个数；r0表示导线的半径；n0表示导线与平面之间的距离；表达式如下：
Vu＝(Er0)sr0In(2n0/r0)
步骤四，通过放电电压使变压器内的粉尘颗粒产生负荷；进而通过在接入高压直流电源的电晕电极和接地集尘电极之间形成的高压电场，并由电晕电极发生电晕放电，灰尘被电离产生大量自由电子和正离子包裹；自由电子和带有负电的离子在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动过程中与两个电极之间的粉尘颗粒相碰，使粉尘颗粒带负电，带负电的尘粒在电场力的作用下也向阳极运动，到达阳极后，放出所带电子，尘粒沉积于阳极板上；并通过电极清灰装置清理收集灰尘从而使变压器得到净化。
其中，一种基于变压器损耗的电除尘控制系统，包含：
用于获取直流高压电源的电源模块；该模块进一步包括整流模块，与整流模块连接的逆变升压模块；所述整流模块滤波器，与所述滤波器连接的整流器；所述滤波器包括第一晶体管S1、第一二极管D1、电感L、第二晶体管S2和第二二极管D2；
所述第一晶体管S1引脚1分别与第一二极管D1正极端、电感L一端、第二晶体管S2引脚2和第二二极管D2负极端连接；所述第二晶体管S2引脚1分别与第二二极管D2正极端和输入交流AC负极端连接；所述第一晶体管S1引脚2分别与第一二极管D1负极端和输入交流AC正极端连接；
所述整流器包括第三晶体管S3、第四晶体管S4、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2；
所述第三晶体管S3引脚2分别与第三二极管D3负极端和第一二极管D1负极端连接；所述第三晶体管S3引脚1分别与第四晶体管S4引脚2、第四二极管D4负极端、第一电容C1一端、第三二极管D3正极端连接；所述第四晶体管S4引脚1分别与第四二极管D4正极端和第二二极管D2正极端连接；所述第一电容C1另一端与第二电容C2一端连接；所述第二电容C2另一端与电感L另一端连接；
所述逆变升压模块包括变压器T、第五二极管D5、第七二极管D7、第八二极管D8、第六二极管D6和第三电容C3；
所述变压器T引脚3与第二电容C2另一端连接；所述变压器T引脚4与第二电容C2另一端连接；所述变压器T引脚2分别与第五二极管D5正极端和第七二极管D7负极端连接；所述变压器T引脚1分别与第六二极管D6负极端和第八二极管D8正极端连接；所述第五二极管D5负极端分别与第八二极管D8负极端、第三电容C3一端和输出直流DC正极端连接；所述第七二极管D7正极端分别与第六二极管D6正极端、第三电容C3另一端和输出直流DC负极端连接；
将输入的交流电转换成符合电除尘工作的直流高压电源，并通过晶体管的切换控制实现转换电源的传输。
用于根据获取的直流高压电源设置电除尘阈值电压的计算模块；该模块进一步在获取直流高压电源时施加给电除尘阈值电压，计算出电晕放电的电压值，并由变压器内气体的击穿，形成放电线与积尘板之间的电场分布。
用于根据阈值电压计算出电晕放电电压的放电模块；该模块进一步通过构建起晕电压判断电除尘的最低电压，当有电晕放电的起始电场产生时，根据静电除尘计算公式得出起晕电压，并在圆柱形导线和相平行的平面之间形成电晕放电。
用于通过放电电压使变压器内的粉尘颗粒产生负荷的除尘模块；该模块进一步包括电极清灰装置，并通过放电模式的判断在接入高压直流电源的电晕电极和接地集尘电极之间形成的高压电场，由电晕电极发生电晕放电，灰尘被电离产生大量自由电子和正离子包裹；自由电子和带有负电的离子在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动过程中与两个电极之间的粉尘颗粒相碰，使粉尘颗粒带负电，带负电的尘粒在电场力的作用下也向阳极运动，到达阳极后，放出所带电子，尘粒沉积于阳极板上；并通过清理收集灰尘从而使变压器得到净化。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，其特征在于，包括：
步骤一，获取直流高压电源；
步骤二，根据获取的直流高压电源设置电除尘阈值电压；
步骤三，根据阈值电压计算出电晕放电电压；
步骤四，通过放电电压使变压器内的粉尘颗粒产生负荷。
2.根据权利要求1所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，其特征在于，所述步骤一进一步为：
直流高压电源由整流模块和逆变升压模块获取，为确保输入电源对电除尘阈值电压的准确，对输入的电源进行滤波和整流处理，并经逆变升压模块进行交直流的转换；根据变换器对电除尘的高输出电压进行调整；
当第一晶体管和第四晶体管导通，传输的电流为零，则第二电容得不到输入电压；使电感、第一电容和第二电容组成串并联谐振，而电流从零开始按正弦规律增加，第一晶体管和第四晶体管为零电流开通；变压器输入端不向输出端进行传输，输出端整流第八二极管处于截止状态，
当第一晶体管和第四晶体管导通续导通，第二电容得到输入电压并被箝位，变压器输入端向输出端进行传输，电感、第一电容组成串联谐振，电流继续按正弦规律变化；进而输出直流高压电源；
根据电源转换过程中的损失，通过变换器工作在零电压和零电流的通断阶段，得出变换器的转换效率；表达式如下：
η＝P0/Pi
式中，η表示转转效率；P0表示电源的输出功率；Pi表示电源的输入功率。
3.根据权利要求1所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，其特征在于，所述步骤二进一步为：
阈值电压获取直流高压电源，并施加给电除尘，计算得出电晕放电的电压值，由气体的击穿，形成放电线与积尘板之间的电场分布，并得出如下表达式：
Figure FDA0003322251360000011
式中，γ表示电子发射系数；d表示放电极表面电晕层厚度；α表示电子对气体的体积电离系数。
4.根据权利要求1所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，其特征在于，所述步骤三进一步为：
电晕放电电压通过构建起晕电压判断电除尘的最低电压，当有电晕放电的起始电场产生时，根据静电除尘计算公式得出起晕电压，并在圆柱形导线和相电晕放电，表达式如下：
Vu＝(Er0)sr0In(2n0/r0)
式中，Vu表示起晕电压；E表示导线的个数；r0表示导线的半径；n0表示导线与平面之间的距离。
5.根据权利要求1所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制方法，其特征在于，所述步骤四进一步为：
在接入高压直流电源的电晕电极和接地集尘电极之间形成的高压电场，由电晕电极发生电晕放电，灰尘被电离产生大量自由电子和正离子包裹；自由电子和带有负电的离子在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动过程中与两个电极之间的粉尘颗粒相碰，使粉尘颗粒带负电，带负电的尘粒在电场力的作用下也向阳极运动，到达阳极后，放出所带电子，尘粒沉积于阳极板上；并通过电极清灰装置清理收集灰尘从而使变压器得到净化。
6.一种基于变压器损耗的电除尘控制系统，用于实现上述权利要求1～5中任一项所述方法，其特征在于，包括：
用于获取直流高压电源的电源模块；
用于根据获取的直流高压电源设置电除尘阈值电压的计算模块；
用于根据阈值电压计算出电晕放电电压的放电模块；
用于通过放电电压使变压器内的粉尘颗粒产生负荷的除尘模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制系统，其特征在于，所述电源模块进一步包括整流模块，与整流模块连接的逆变升压模块；所述整流模块滤波器，与所述滤波器连接的整流器；所述滤波器包括第一晶体管、第一二极管、电感、第二晶体管和第二二极管；
所述第一晶体管引脚1分别与第一二极管正极端、电感1一端、第二晶体管引脚2和第二二极管负极端连接；所述第二晶体管引脚1分别与第二二极管正极端和输入交流AC负极端连接；所述第一晶体管引脚2分别与第一二极管负极端和输入交流AC正极端连接；
所述整流器包括第三晶体管、第四晶体管、第三二极管、第四二极管、第一电容、第二电容；
所述第三晶体管引脚2分别与第三二极管负极端和第一二极管负极端连接；所述第三晶体管引脚1分别与第四晶体管引脚2、第四二极管负极端、第一电容一端、第三二极管正极端连接；所述第四晶体管引脚1分别与第四二极管正极端和第二二极管正极端连接；所述第一电容另一端与第二电容一端连接；所述第二电容另一端与电感另一端连接；
所述逆变升压模块包括变压器、第五二极管、第七二极管、第八二极管、第六二极管和第三电容；
所述变压器引脚3与第二电容另一端连接；所述变压器引脚4与第二电容另一端连接；所述变压器引脚2分别与第五二极管正极端和第七二极管负极端连接；所述变压器引脚1分别与第六二极管负极端和第八二极管正极端连接；所述第五二极管负极端分别与第八二极管负极端、第三电容一端和输出直流DC正极端连接；所述第七二极管正极端分别与第六二极管正极端、第三电容另一端和输出直流DC负极端连接；
将输入的交流电转换成符合电除尘工作的直流高压电源，并通过晶体管的切换控制实现转换电源的传输。
8.根据权利要求6所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制系统，其特征在于，所述计算模块进一步在获取直流高压电源时施加给电除尘阈值电压，计算出电晕放电的电压值，并由变压器内气体的击穿，形成放电线与积尘板之间的电场分布。
9.根据权利要求6所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制系统，其特征在于，所述放电模块进一步通过构建起晕电压判断电除尘的最低电压，当有电晕放电的起始电场产生时，根据静电除尘计算公式得出起晕电压，并在圆柱形导线和相平行的平面之间形成电晕放电。
10.根据权利要求6所述的一种基于变压器损耗的电除尘控制系统，其特征在于，所述除尘模块进一步包括电极清灰装置，并通过放电模式的判断在接入高压直流电源的电晕电极和接地集尘电极之间形成的高压电场，由电晕电极发生电晕放电，灰尘被电离产生大量自由电子和正离子包裹；自由电子和带有负电的离子在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动过程中与两个电极之间的粉尘颗粒相碰，使粉尘颗粒带负电，带负电的尘粒在电场力的作用下也向阳极运动，到达阳极后，放出所带电子，尘粒沉积于阳极板上；并通过清理收集灰尘从而使变压器得到净化。
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